一种回转窑内温度场及结圈厚度分布在线检测方法技术

本发明专利技术提供一种回转窑内温度场及结圈厚度分布在线检测方法，属于水泥生产技术领域。所述方法包括：对工业现场可测过程变量进行历史数据采集和量纲转换，根据历史数据构建可测过程变量工况集；通过计算流体力学模拟技术建立空间直角坐标系和立体几何，根据回转窑机理模型计算可测过程变量工况集下的窑内三维温度场数据；沿X、Y、Z轴对各工况下的三维温度场数据进行采样并结合相同工况下的可测过程变量数据，训练深度神经网络建立基于深度神经网络的窑内温度场软测量模型；基于在线检测到的窑内温度，通过传热方程建立窑内结圈厚度软测量模型。采用本发明专利技术，能够解决回转窑内温度场及结圈厚度分布无法检测的技术问题。及结圈厚度分布无法检测的技术问题。及结圈厚度分布无法检测的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种回转窑内温度场及结圈厚度分布在线检测方法


[0001]本专利技术涉及水泥生产
，特别是指一种回转窑内温度场及结圈厚度分布在线检测方法。

技术介绍

[0002]水泥工业是国民经济发展的重要基础产业，在改善民生、经济建设和国防安全方面发挥了重要作用。水泥生产具有高污染、高能耗、高排放的特点，但同时也是处理城市垃圾、危险废物的重要手段。水泥生产工艺可概括为“两磨一烧”，其中熟料煅烧是最为关键的生产环节。回转窑作为熟料煅烧系统的核心热工设备，其运行状态对于保障生产安全、提高产品质量、实现节能减排具有重要意义。
[0003]窑内温度场和结圈厚度是反映回转窑运行状态的重要指标。烧成带温度过低将导致熟料品质下降，而烧成带温度过高容易使窑内产生严重结圈，从而损坏窑衬，造成安全事故。然而，由于回转窑内部环境恶劣且相对封闭，现有的技术均无法对窑内温度场和结圈厚度分布进行实时检测，这造成回转窑的运行状态具有很大的不确定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了回转窑内温度场及结圈厚度分布在线检测方法，能够解决回转窑内温度场及结圈厚度分布无法检测的技术问题。所述技术方案如下：
[0005]一方面，本专利技术实施例提供了一种回转窑内温度场及结圈厚度分布在线检测方法，该方法应用于电子设备，该方法包括：
[0006]对工业现场可测过程变量进行历史数据采集和量纲转换，根据历史数据构建可测过程变量工况集；
[0007]通过计算流体力学模拟技术建立空间直角坐标系和立体几何，根据回转窑机理模型计算可测过程变量工况集下的窑内三维温度场数据；
[0008]沿X、Y、Z轴对各工况下的三维温度场数据进行采样并结合相同工况下的可测过程变量数据，训练深度神经网络建立基于深度神经网络的窑内温度场软测量模型，实现窑内温度分布的在线检测；
[0009]基于在线检测到的窑内温度，通过传热方程建立窑内结圈厚度软测量模型，实现窑内结圈厚度分布的在线检测。
[0010]进一步地，所述工业现场可测过程变量包括：燃烧器轴流风压力、燃烧器旋流风压力、燃烧器煤流量、物料流量和二次风温；
[0011]所述对工业现场可测过程变量进行历史数据采集和量纲转换，根据历史数据构建可测过程变量工况集包括：
[0012]对燃烧器轴流风压力、燃烧器旋流风压力、燃烧器煤流量、物料流量和二次风温这5个工业现场可测过程变量进行历史数据采集；
[0013]通过压力
‑
风速转换公式，将燃烧器轴流风压力、燃烧器旋流风压力转换为轴流风
流速、旋流风流速；
[0014]根据采集的历史数据，构建包括轴流风流速、旋流风流速、燃烧器煤流量、物料流量和二次风温的可测过程变量工况集：
[0015][0016]其中，下标min、med和max分别表示最小值、平均值和最大值；X1、X2、X3、X4和X5分别表示轴流风流速、旋流风流速、燃烧器煤流量、物料流量和二次风温的取值集合；Φ表示可测过程变量工况集。
[0017]进一步地，所述压力
‑
风速转换公式表示为：
[0018][0019]其中，C
p
表示节流阀的流量系数；A
t
表示节流阀口流通面积；
△
p表示节流阀进出口压力差；S表示燃烧器风道流通面积；v表示燃烧器风道中的风速。
[0020]进一步地，所述通过计算流体力学模拟技术建立空间直角坐标系和立体几何包括：
[0021]以二次风入口平面圆心处为坐标原点O、以水平方向为X轴、以垂直方向为Y轴、以回转窑轴线方向为Z轴建立空间直角坐标系；
[0022]根据回转窑内径r
c
、物料填充角ω、物料休止角β
r
、窑体斜度tanθ以及燃烧器结构参数按照1:1尺寸创建立体几何。
[0023]进一步地，所述回转窑机理模型满足质量守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律方程；
[0024]所述回转窑机理模型包括：控制窑内流体的湍流流动过程的Realizable k
‑
ε湍流模型、控制窑内辐射传热过程的P1辐射模型、控制窑内燃料和氧化剂的非预混燃烧过程的非预混燃烧概率密度函数模型和控制煤粉颗粒的扩散过程的离散相模型。
[0025]进一步地，建立的基于深度神经网络的窑内温度场软测量模型表示为：
[0026][0027]其中，x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8分别表示归一化后的轴流风流速、旋流风流速、煤
流量、物料流量、二次风温、X轴坐标、Y轴坐标和Z轴坐标；表示第1层第i个神经元输出，表示第2层第j个神经元输出,
…
,表示第l
‑
1层第k个神经元输出；σ1表示第1层的激活函数，σ2表示第2层的激活函数,
…
,σ
l
‑1表示第l
‑
1层的激活函数；表示第1层第1个输入与第2层第i个神经元的连接权重，表示第1层第2个输入与第2层第i个神经元的连接权重,
…
,表示第l
‑
1层第j个输入与第l层第k个神经元的连接权重；表示第1层第i个神经元的连接偏执，表示第2层第j个神经元的连接偏执,
…
,表示第l
‑
1层第k个神经元的连接偏执；y表示窑内某位置温度；i、j
……
k分别表示第1、2
……
l
‑
1层当前神经元序号；n1、n1……
n
l
‑1分别表示第1、2
……
l
‑
1层神经元总数量。
[0028]进一步地，建立的窑内结圈厚度软测量模型表示为：
[0029][0030]其中，λ表示空气导热系数；P
r
表示普朗特数；D表示窑壳直径；υ表示空气粘度；n表示窑转速；V表示环境风速；g表示重力加速度；β表示空气热膨胀系数，为2/(T
m
+T
a
)；a表示窑壳对流传热系数；表示窑壳在dl长度上的传热量；σ表示波尔茨曼常数；ε
e
表示窑壳发射率；T
a
、T
m
和T
w
分别表示环境温度、窑壳温度和窑内温度；λ
m
、λ
b
和λ
c
分别表示窑壳导热系数、耐火砖导热系数和结圈导热系数；r
m
、r
b
、r
c
分别表示窑壳外表面半径、耐火砖外表面半径、结圈外表面半径；d表示结圈厚度。
[0031]一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述回转窑内温度场及结圈厚度分布在线检测方法。
[0032]一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种回转窑内温度场及结圈厚度分布在线检测方法，其特征在于，包括：对工业现场可测过程变量进行历史数据采集和量纲转换，根据历史数据构建可测过程变量工况集；通过计算流体力学模拟技术建立空间直角坐标系和立体几何，根据回转窑机理模型计算可测过程变量工况集下的窑内三维温度场数据；沿X、Y、Z轴对各工况下的三维温度场数据进行采样并结合相同工况下的可测过程变量数据，训练深度神经网络建立基于深度神经网络的窑内温度场软测量模型，实现窑内温度分布的在线检测；基于在线检测到的窑内温度，通过传热方程建立窑内结圈厚度软测量模型，实现窑内结圈厚度分布的在线检测。2.根据权利要求1所述的回转窑内温度场及结圈厚度分布在线检测方法，其特征在于，所述工业现场可测过程变量包括：燃烧器轴流风压力、燃烧器旋流风压力、燃烧器煤流量、物料流量和二次风温；所述对工业现场可测过程变量进行历史数据采集和量纲转换，根据历史数据构建可测过程变量工况集包括：对燃烧器轴流风压力、燃烧器旋流风压力、燃烧器煤流量、物料流量和二次风温这5个工业现场可测过程变量进行历史数据采集；通过压力
‑
风速转换公式，将燃烧器轴流风压力、燃烧器旋流风压力转换为轴流风流速、旋流风流速；根据采集的历史数据，构建包括轴流风流速、旋流风流速、燃烧器煤流量、物料流量和二次风温的可测过程变量工况集：其中，下标min、med和max分别表示最小值、平均值和最大值；X1、X2、X3、X4和X5分别表示轴流风流速、旋流风流速、燃烧器煤流量、物料流量和二次风温的取值集合；Φ表示可测过程变量工况集。3.根据权利要求2所述的回转窑内温度场及结圈厚度分布在线检测方法，其特征在于，所述压力
‑
风速转换公式表示为：其中，C
p
表示节流阀的流量系数；A
t
表示节流阀口流通面积；
△
p表示节流阀进出口压力差；S表示燃烧器风道流通面积；v表示燃烧器风道中的风速。4.根据权利要求1所述的回转窑内温度场及结圈厚度分布在线检测方法，其特征在于，所述通过计算流体力学模拟技术建立空间直角坐标系和立体几何包括：
以二次风入口平面圆心处为坐标原点O、以水平方向为X轴、以垂直方向为Y轴、以回转窑轴线方向为Z轴建立空间直角坐标系；根据回转窑内径r
c
、物料填充角ω、物料休止角β
r
、窑体斜度tanθ以及燃烧器结构参数按照1:1尺寸创建立体几何。5.根据权利要求1所述的回转窑内温度场及结圈厚度分布在线检测方法，其特征在于，所述回转窑机理模型满足质量守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律方程；所述回转窑机理模型包括：控制窑内流体的湍流流动过程的Realizable k
‑
ε湍流模型、控制窑内辐射传...

【专利技术属性】
技术研发人员：付冬梅，许晋豪，
申请(专利权)人：北京科技大学顺德研究生院，
类型：发明
国别省市：