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
【技术领域】
[0001] 本发明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。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 中国发明专利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。
【发明内容】
[0006] 本发明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。
[0007] 为达成上述目的，本发明的技术方案是：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：
[0008] 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；
[0009] 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；
[0010] 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；
[0011] 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。
[0012] 作为本发明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：
[0013] 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；
[0014] 2)窑尾气体温度在1050~1200°C之间波动；
[0015] 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。
[0016] 作为本发明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：〇°C ;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。
[0017] 作为本发明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。
[0018] 作为本发明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：
[0019] 1)理论空气量计算子模型
[0020]
[0021] ⑵
[0022] 式中：V1M-一每千克熟料燃煤燃烧理论空气量，Nm3/kg ;
[0023] Qar net--燃煤低位热值，kj/kg煤，待计算；
[0024] 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，取〇. 2659 ;
[0025] mr--每千克熟料燃煤消耗量，kg/kg ;
[0026] Mfr一一分解炉瞬时喂煤量，kg/h ;
[0027] Myr--窑瞬时喂煤量，kg/h ;
[0028] Ms 生料瞬时喂料量，kg/h ;
[0029] 2)过量空气系数计算子模型
[0030] (3)
[0031] (4)
[0032] 式中：α--过量空气系数；
[0033] O2--烟气中的含氧量，％ ;
[0034] f^〇2--每千克熟料生料分解生成的0)2体积量，Nm 3/kg ;
[0035] ε--碳酸盐分解率，％，窖尾处可取0. 05~0. 25,分解炉出口及预热器一级筒 出口取为1 ;
[0036] ms--每千克熟料的生料消耗量，kg/kg，可取统计值；
[0037] CaO% MgOs--生料中的CaO、MgO百分含量，％ ;
[0038] 3)入窑实际空气量计算子模型
[0039] Vyk - αywVik〇kyr (5)
[0040] 式中：Vyk--每千克熟料实际入窑干空气体积量，NmVkg ;
[0041] Qyw一一窑尾处的过量空气系数，由窑尾处的烟气含氧量O2yw按⑶式计算；
[0042] kyr一一入窑燃煤量占总燃煤量的比例；
[0043] 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：
[0044] Vykl= kyklVyk (6)
[0045] Vyk2= kyk2Vyk (7)
[0046] Vlokl= kloklVyk (8)
[0047] 式中：Vykl、Vyk2、V1()kl--分别为每千克熟料实际入窖一次空气体积量、二次空气体 积量以及漏风量，Nm3/kg ;
[0048] kykl, kyk2, klokl --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kykl+kyk2+k1A1= 1 ;
[0049] 4)三次空气量计算子模型
[0050] Vf3k= V !+V2-V3-V4 (9)
[0051] V1= (a f-l)Vlktl (10)
[0052] V2= Vlkokfr (11)
[0053] V3= (a yw-l)Vlkokyr (12)
[0054] V4= klok4Vlk0kfr (13)
[0055] 式中：Vf3k-一每千克熟料三次空气量，Nm3/kg ;
[0056] V1, V2, V3, V4一一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 ;
[0057] a f一一分解炉出口处的过量空气系数，由窑尾处的烟气含氧量(^按（3)式计算；
[0058] kfr一一入分解炉燃煤量占总燃煤量的比例；
[0059] klok4一一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，一般取为〇. 02~0. 06 ;
[0060] 5)系统漏风计算子模型
[0061] Vlok= V lokl+Vlok2 (14)
[0062] Vl0k2= V 4+V5 (15)
[0063] V5= klok5Vlk0 (16)
[0064] 式中：V1A--每千克熟料系统漏风量，Nm3/kg ;
[0065] Vl0k2一一每千克熟料窑尾漏入空气量，NmVkg ;
[0066] V5--每千克熟料预热器漏入空气量，NmVkg ;
[0067] klok5一一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 ;
[0068] 6)预热器出口总烟气量计算
[0069] + '+C+ 04 +% (Π)
[0070] (18)
[0071] (19)
[0072] (20)
[0073] (21)
[0074] Vk= (a y-1)Vlko (22)
[0075] 式中：Vf--每千克熟料预热器出口总烟气量，Nm3/kg ;
[0076] Vgy0一一每千克熟料燃料燃烧生成的理论干烟气量，Nm3/kg ;
[0077] K2o一一每千克熟料燃料燃烧生成的H2O量，NmVkg ;
[0078] Kp--每千克熟料生料中物理含水释放出的H2O量，Nm3/kg ;
[0079] Kvp--每千克熟料生料中化学含水释放出的H2O量，Nm3/kg ;
[0080] Vk--每千克熟料烟气中的过量空气量，NmVkg ;
[0081] K2一一燃煤燃烧所需的理论干空气量与生成的理论干烟气量之间的折算系数，在 0. 90~0. 98之间取值；
[0082] K，C一一燃煤收到基H元素含量及水分，％，对于烟煤，HTar可取值为3, ％按 工业分析值选取；
[0083] Ws--生料水分，％ ;
[0084] Al2O35--生料中的Al2O3百分含量，％ ;
[0085] Qy一一预热器出口处的过量空气系数，由预热器出口处的烟气含氧量0&按（3) 式计算。
[0086] 作为本发明进一步改进的技术方案，熟料烧成系统收入总热量Qzs计算如下：
[0087] Qzs - Q rR+Qr+Qs+Qyh+Qylk +Qy2k+Qf3k+Qlok (23)
[0088] Qrii= HirQarnet (24)
[0089] Qr= mrcrtr (25)
[0090] Qs= mscsts (26)
[0091] Qyh= m yhcyhtyh (27)
[0092] Qylk -V yikcyik^yik (28)
[0093] Qylk - V y2kCy2k^y2k (29)
[0094] Qf3k -V f3kCf3ktf3k (30)
[0095] Qlok -V i〇kCi〇ktlok (31)
[0096] 式中：QrR--每千克熟料燃煤燃烧热，kj/kg ;
[0097] Qr 每千克熟料燃煤