[发明专利]一种基于热平衡计算的水泥回转窑温度实时估计方法

权利要求书

1.一种基于热平衡计算的水泥回转窑温度实时估计方法，其特征在于，包括如下6个步骤：

步骤1：获取计算所需的水泥回转窑静态尺寸参数、动态运行参数数据；

步骤2：综合水泥回转窑内部结构状态、传热机理、物化反应，构建零维模型；

步骤3：设置物料温度初始值，初步求解物料化学反应热；

步骤4：通过水泥回转窑内部的物料平衡、热平衡初步求解回转窑内温度；

步骤5：利用水泥回转窑输入输出的热平衡对求解效果进行评估并调整求解方法；5％以下的热平衡误差予以接受，热平衡误差过高则调整模型参数，或者重新寻找其他的求解起点对水泥回转窑的温度进行求解；

步骤6：使用步骤4得到的回转窑内温度求解物料化学反应热，然后使用求解得到的物料化学反应热，综合回转窑内部的物料平衡、热平衡重新求解回转窑温度，迭代上述过程直到相邻两次温度计算结果的差异为可接受的范围，输出回转窑温度的计算结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述的水泥回转窑静态尺寸参数包括窑长、窑外径、窑内径、窑倾角、物料休止角结构尺寸参数，所述的动态运行参数为反映回转窑运行状态的、实时更新的参数，包括生料CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃含量化验值、燃煤低位发热量化验值、分解炉出口温度、二次风温度、窑尾烟室温度、喂料量、喂煤量、回转窑进风量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2、3中：

所述的水泥回转窑内部结构状态的表示方法如下：

其中，h为物料料床高度，A_g为窑内的气体横截面积，R为窑内半径，β为窑倾角，γ为窑内物料的休止角，φ_v为窑内物料的体积流量，n为窑转速，θ为料床角，其计算公式为：

θ＝2arcos((R-h)/R)；

所述的水泥回转窑传热机理的表示方法如下：

其中，分别表示烟气对物料的热对流、烟气对内壁的热对流、烟气对物料的热辐射、烟气对内壁的热辐射、内壁对物料的热传导、内壁对物料的热辐射、内壁对窑壳的热传导、窑壳对外界的热对流以及窑壳对外界的热辐射，T_g、T_s、T_w、T_sh、T_ext分别表示烟气、物料、内壁、窑壳和外界的热力学温度，h_gs、h_gw、h_nv分别表示烟气与物料、烟气与内壁、窑壳与外界之间的换热系数，k_ws、k_comp分别表示内壁与物料、内壁与窑壳之间的导热系数，∈_g、∈_s、∈_w、∈_sh分别表示烟气、物料、内壁、窑壳的发射率，α_g表示烟气的吸收率，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，_gs、P_gw、P_cws、P_rws、P_rsw、P_sh分别表示烟气与物料、烟气与内壁、内壁与物料传导、内壁到物料辐射、物料到内壁辐射、窑壳与外界之间的换热周长；

所述的水泥回转窑物化反应的表示方法如下：

其中，E_melt表示物料在熔融过程中吸收的热量，其中m_s为喂料量，e_melt为物料熔融潜热，其值为416kJ/kg，T_S、T_L分别为物料完全为固态、完全转换为液态时的温度，分别为1273K和2200K；E_chem表示物料中的矿物成分在高温下发生化学反应所产生的热量，即物料化学反应热，其中，和分别为物料中碳酸钙(CaCO₃)、硅酸二钙(C₂S)、硅酸三钙(C₃S)、铝酸三钙(C₃A)、铁铝酸四钙(C₄AF)的单位摩尔反应焓值，r_CaCO3、r_C2S、r_C3S、r_C3A、r_C4AF分别为物料中CaCO₃、C₂S、C₃S、C₃A和C₄AF的单位千克反应摩尔数。