基于热平衡分析的水泥熟料烧成热耗、热效率及燃煤热值实时监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于热平衡分析的水泥熟料烧成热耗、热效率及燃煤热值实时监测方法，包括以下步骤：步骤1：采集熟料烧成系统的DCS系统运行参数数据及检化验设备中的生料、熟料化学分析数据；步骤2：判断熟料烧成系统是否处于稳定运行状态，当熟料烧成系统处于稳定运行状态时，执行步骤3；否则，结束计算过程；步骤3：根据熟料烧成系统的燃煤燃烧计算模型及热平衡分析模型，计算燃煤低位热值；步骤4：根据步骤3计算的燃煤低位热值，计算熟料烧成热耗、熟料烧成热效率。本发明专利技术克服了燃煤煤质波动给熟料烧成耗热计算带来的不利影响，计算简便，成本低，具有良好的可实施性和可操作性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水泥行业熟料烧成系统烧成热耗、热效率及燃煤热值的实时监测方法，属于软测量领域。
技术介绍
水泥熟料烧成系统是新型干法水泥生产的主要部分，其中的能源类型主要为燃煤燃烧释放和熟料生成所消耗的化学能，以及系统各部分耗散的热能，作为一个耗能巨大且复杂的热力学和化学系统，其能耗的高低直接影响和决定整个水泥生产线的能源利用率和经济效益。目前，熟料烧成系统操作人员主要依靠经验调整回转窑运行工况，当出现燃煤热值波动、生料化学成分波动等情况时，难以及时、准确地调整相关运行参数，导致烧成热耗增加。同时，水泥生产企业对燃煤热值的监测主要是通过定期离线取样化验获得，其与实际进入系统的燃煤之间存在着较大的制样误差及严重的分析时间滞后。因此，如何在线测算燃煤热值，并在此基础实现熟料烧成热耗、烧成系统热效率的实时监测，指导操作人员及时、准确地调整烧成系统运行工况，保证烧成系统稳定、经济运行，是相关技术人员普遍关心的问题。中国专利技术专利201310463399.2提出了一种水泥分解炉入炉煤粉低位热值在线估计方法，通过实时监测分解炉出口温度、分解炉喷煤量、生料下料量、三次风温和三次风量的变化来表征煤粉低位热值的变化，进而计算煤粉低位热值的估计值，但其所建立的煤粉低位热值变化计算模型(详见说明书中式(13))中，并未考虑三次风量及三次风温的变化，导致计算出的热值变化仅取决于分解炉出口温度变化，计算结果不够准确，且该方法仅能计算出热值变化值，如何获取热值初始值，在该专利中并未提及，故该方法具有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了基于热平衡分析的水泥熟料烧成热耗、热效率及燃煤热值实时监测方法，该方法利用燃煤燃烧计算及熟料烧成系统热平衡计算，实现了燃煤热值与熟料烧成热耗、热效率的在线监测。为达成上述目的，本专利技术的技术方案是：基于热平衡分析的水泥熟料烧成热耗、热效率及燃煤热值实时监测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：采集熟料烧成系统的DCS系统运行参数数据及检化验设备中的生料、熟料化学分析数据；步骤2：判断熟料烧成系统是否处于稳定运行状态，当熟料烧成系统处于稳定运行状态时，执行步骤3；否则，结束计算过程；步骤3：根据熟料烧成系统的燃煤燃烧计算模型及热平衡分析模型，计算燃煤低位热值；步骤4：根据步骤3计算的燃煤低位热值，计算熟料烧成热耗、熟料烧成热效率。作为本专利技术进一步改进的技术方案，上述判断熟料烧成系统处于稳定运行状态判据为：1)回转窑主电机电流在其历史数据平均值的±30％范围内波动；2)窑尾气体温度在1050～1200℃之间波动；同时满足上述两点判据时，认为熟料烧成系统处于稳定运行状态；否则，认为熟料烧成系统处于不稳定状态。作为本专利技术进一步改进的技术方案，上述的熟料烧成系统的热平衡分析基准分别为：温度基准：0℃；质量基准：1kg熟料；平衡范围是从回转窑熟料出口到预热器废气出口。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述的熟料烧成系统的燃煤燃烧计算模型包括：理论空气量计算、过量空气系数计算、入窑实际空气量计算、三次空气量计算、系统总漏风量计算以及总烟气量计算。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述的熟料烧成系统的燃煤燃烧计算模型具体为：1)理论空气量计算子模型Vlk0＝K1mrQar.net/1000   (1)mr=Mfr+MyrMs/ms---(2)]]>式中：Vlk0——每千克熟料燃煤燃烧理论空气量，Nm3/kg；Qar,net——燃煤低位热值，kJ/kg煤，待计算；K1——由燃煤热值计算理论空气量系数，可依煤种选取，对于烟煤，取0.2620；对于无烟煤，取0.2659；mr——每千克熟料燃煤消耗量，kg/kg；Mfr——分解炉瞬时喂煤量，kg/h；Myr——窑瞬时喂煤量，kg/h；Ms——生料瞬时喂料量，kg/h；2)过量空气系数计算子模型α=21+O2(ϵVCO2s-0.02)21-O2---(3)]]>VCO2s=ms1.977(CaOs4456+MgOs4440.3)---(4)]]>式中：α——过量空气系数；O2——烟气中的含氧量，％；——每千克熟料生料分解生成的CO2体积量，Nm3/kg；ε——碳酸盐分解率，％，窑尾处可取0.05～0.25，分解炉出口及预热器一级筒出口取为1；ms——每千克熟料的生料消耗量，kg/kg，可取统计值；CaOs、MgOs——生料中的CaO、MgO百分含量，％；3)入窑实际空气量计算子模型Vyk＝αywVlk0kyr   (5)式中：Vyk——每千克熟料实际入窑干空气体积量，Nm3/kg；αyw——窑尾处的过量空气系数，由窑尾处的烟气含氧量O2yw按(3)式计算；kyr——入窑燃煤量占总燃煤量的比例；根据入窑实际干空气量，分别计算入窑一次空气量、二次空气量及漏风量：Vyk1＝kyk1Vyk   (6)Vyk2＝kyk2Vyk   (7)Vlok1＝klok1Vyk   (8)式中：Vyk1、Vyk2、Vlok1——分别为每千克熟料实际入窑一次空气体积量、二次空气体积量以及漏风量，Nm3/kg；kyk1、kyk2、klok1——分别为入窑一次空气、二次空气及漏风量的风量比，可按设计值或热平衡试验值选取，且应满足kyk1+kyk2+klok1＝1；4)三次空气量计算子模型Vf3k＝V1+V2-V3-V4   (9)V1＝(αf-1)Vlk0   (10)V2＝Vlk0kfr   (11)V3＝(αyw-1)Vlk0kyr   (12)V4＝klok4Vlk0kfr   (13)式中：Vf3k——每千克熟料三次空气量，Nm3/kg；V1、V2、V3、V4——分别为每千克熟料分解炉出口处的过量空气量，分解炉燃煤燃烧所需空气量，窑尾处的过量空气量以及分解炉及窑尾漏入空气量，Nm3/kg；αf——分解炉出口处的过量空气系数，由窑尾处的烟气含氧量O2f按(3)式计算；kfr——入分解炉燃煤量占总燃煤量的比例；klok4——分解炉及窑尾漏风占分解炉燃煤燃烧所需空气量的比例，可按设计值或热平衡试验值选取，一般取为0.02～0.06；5)系统漏风计算子模型Vlok＝Vlok1+Vlok2   (14)Vlok2＝V4+V5   本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于热平衡分析的水泥熟料烧成热耗、热效率及燃煤热值实时监测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：采集熟料烧成系统的DCS系统运行参数数据及检化验设备中的生料、熟料化学分析数据；步骤2：判断熟料烧成系统是否处于稳定运行状态，当熟料烧成系统处于稳定运行状态时，执行步骤3；否则，结束计算过程；步骤3：根据熟料烧成系统的燃煤燃烧计算模型及热平衡分析模型，计算燃煤低位热值；步骤4：根据步骤3计算的燃煤低位热值，计算熟料烧成热耗、熟料烧成热效率。

【技术特征摘要】
1.基于热平衡分析的水泥熟料烧成热耗、热效率及燃煤热值实时监测方法，
其特征在于包括以下步骤：
步骤1：采集熟料烧成系统的DCS系统运行参数数据及检化验设备中的生
料、熟料化学分析数据；
步骤2：判断熟料烧成系统是否处于稳定运行状态，当熟料烧成系统处于稳
定运行状态时，执行步骤3；否则，结束计算过程；
步骤3：根据熟料烧成系统的燃煤燃烧计算模型及热平衡分析模型，计算燃
煤低位热值；
步骤4：根据步骤3计算的燃煤低位热值，计算熟料烧成热耗、熟料烧成热
效率。
2.根据权利要求1所述的基于热平衡分析的水泥熟料烧成热耗、热效率及燃
煤热值实时监测方法，其特征在于上述判断熟料烧成系统处于稳定运行状态判据
为：
1)回转窑主电机电流在其历史数据平均值的±30％范围内波动；
2)窑尾气体温度在1050～1200℃之间波动；
同时满足上述两点判据时，认为熟料烧成系统处于稳定运行状态；否则，认
为熟料烧成系统处于不稳定状态。
3.根据权利要求1所述的基于热平衡分析的水泥熟料烧成热耗、热效率及燃
煤热值实时监测方法，其特征在于上述的熟料烧成系统的热平衡分析基准分别
为：温度基准：0℃；质量基准：1kg熟料；平衡范围是从回转窑熟料出口到预
热器废气出口。
4.根据权利要求1所述的基于热平衡分析的水泥熟料烧成热耗、热效率及燃
煤热值实时监测方法，其特征在于所述的熟料烧成系统的燃煤燃烧计算模型包
括：理论空气量计算、过量空气系数计算、入窑实际空气量计算、三次空气量计
算、系统总漏风量计算以及总烟气量计算。
5.根据权利要求1所述的基于热平衡分析的水泥熟料烧成热耗、热效率及燃
煤热值实时监测方法，其特征在于所述的熟料烧成系统的燃煤燃烧计算模型具体
为：
1)理论空气量计算子模型
Vlk0＝K1mrQar.net/1000           (1)
mr=Mfr+MyrMs/ms---(2)]]>式中：Vlk0——每千克熟料燃煤燃烧理论空气量，Nm3/kg；
Qar,net——燃煤低位热值，kJ/kg煤，待计算；
K1——由燃煤热值计算理论空气量系数，可依煤种选取，对于烟煤，
取0.2620；对于无烟煤，取0.2659；
mr——每千克熟料燃煤消耗量，kg/kg；
Mfr——分解炉瞬时喂煤量，kg/h；
Myr——窑瞬时喂煤量，kg/h；
Ms——生料瞬时喂料量，kg/h；
2)过量空气系数计算子模型
α=21+O2(ϵVCO2s-0.02)21-O2---(3)]]>VCO2s=ms1.977(CaOs4456+MgOs4440.3)---(4)]]>式中：α——过量空气系数；
O2——烟气中的含氧量，％；
——每千克熟料生料分解生成的CO2体积量，Nm3/kg；
ε——碳酸盐分解率，％，窑尾处可取0.05～0.25，分解炉出口及预
热器一级筒出口取为1；
ms——每千克熟料的生料消耗量，kg/kg，可取统计值；
CaOs、MgOs——生料中的CaO、MgO百分含量，％；
3)入窑实际空气量计算子模型
Vyk＝αywVlk0kyr            (5)
式中：Vyk——每千克熟料实际入窑干空气体积量，Nm3/kg；
αyw——窑尾处的过量空气系数，由窑尾处的烟气含氧量O2yw按(3)
式计算；
kyr——入窑燃煤量占总燃煤量的比例；
根据入窑实际干空气量，分别计算入窑一次空气量、二次空气量及漏风量：
Vyk1＝kyk1Vyk             (6)
Vyk2＝kyk2Vyk             (7)
Vlok1＝klok1Vyk           (8)
式中：Vyk1、Vyk2、Vlok1——分别为每千克熟料实际入窑一次空气体积量、二
次空气体积量以及漏风量，Nm3/kg；
kyk1、kyk2、klok1——分别为入窑一次空气、二次空气及漏风量的风量
比，可按设计值或热平衡试验值选取，且应满足
kyk1+kyk2+klok1＝1；
4)三次空气量计算子模型
Vf3k＝V1+V2-V3-V4             (9)
V1＝(αf-1)Vlk0               (10)
V2＝Vlk0kfr                   (11)
V3＝(αyw-1)Vlk0kyr           (12)
V4＝klok4Vlk0kfr              (13)
式中：Vf3k——每千克熟料三次空气量，Nm3/kg；
V1、V2、V3、V4——分别为每千克熟料分解炉出口处的过量空气量，
分解炉燃煤燃烧所需空气量，窑尾处的过量空气
量以及分解炉及窑尾漏入空气量，Nm3/kg；
αf——分解炉出口处的过量空气系数，由窑尾处的烟气
含氧量O2f按(3)式计算；
kfr——入分解炉燃煤量占总燃煤量的比例；
klok4——分解炉及窑尾漏风占分解炉燃煤燃烧所需空气
量的比例，可按设计值或热平衡试验值选取，
一般取为0.02～0.06；
5)系统漏风计算子模型
Vlok＝Vlok1+Vlok2           (14)
Vlok2＝V4+V5             (15)
V5＝klok5Vlk0            (16)
式中：Vlok——每千克熟料系统漏风量，Nm3/kg；
Vlok2——每千克熟料窑尾漏入空气量，Nm3/kg；
V5——每千克熟料预热器漏入空气量，Nm3/kg；
klok5——预热器漏风占理论空气量的比例，可按设计值或热平衡试验
值选取，一般取为0.05～0.15；
6)预热器出口总烟气量计算
Vf=Vgy0+VH2Or+Vwps+Vwcs+Vk+VCO2s---(17)]]>Vgy0＝K2Vlk0            (18)
VH2Or=1.24(9Harr+Warr)/100---(19)]]>Vwps=msWs80.4---(20)]]>Vwcs=0.00353msAl2O3s80.4---(21)]]>Vk＝(αy-1)Vlk0             (22)
式中：Vf——每千克熟料预热器出口总烟气量，Nm3/kg；
Vgy0——每千克熟料燃料燃烧生成的理论干烟气量，Nm3/kg；
——每千克熟料燃料燃烧生成的H2O量，Nm3/kg；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷捷，牛洪海，彭兴，陈俊，李兵，耿欣，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32