隧道窯計算機模擬方法與運行狀態(tài)模擬試驗的研究.pdf

1、隧道窯是無機非會屬材料等行業(yè)廣泛用于制品燒成的大型非標(biāo)準熱工設(shè)備。為提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗，急需在燒成制度、結(jié)構(gòu)設(shè)置、控制策略等方面進行深入研究。但隧道窯結(jié)構(gòu)與機理復(fù)雜、運行工藝參數(shù)較多、體積較大，現(xiàn)場測量與實體模型等研究方法的使用受到一定限制。本文在研究了隧道窯計算機模擬理論與方法的基礎(chǔ)上，以某衛(wèi)生陶瓷煤氣明焰隧道窯為研究對象，對隧道窯運行狀態(tài)進行了大量計算機模擬試驗，研究運行控制變量對燒成制度(窯內(nèi)溫度、壓強)及排煙量等輸出參數(shù)的影

2、響。 模擬理論與方法。隧道窯計算機模擬研究的主要內(nèi)容有選擇合適的模擬理論與方法、收集與分析有關(guān)資料數(shù)據(jù)、建立系統(tǒng)模型、進行模擬試驗、設(shè)計模擬系統(tǒng)等。系統(tǒng)模型包括結(jié)構(gòu)模型、廣義數(shù)學(xué)模型與模擬模型。結(jié)構(gòu)模型表示系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系，廣義數(shù)學(xué)模型表示系統(tǒng)或子系統(tǒng)描述變量之間的廣義數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系，模擬模型是由廣義數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化而來的計算機接受并能處理的模型。模擬系統(tǒng)應(yīng)由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)分析、動態(tài)模擬及結(jié)果分析、計算機輔助設(shè)計等子系統(tǒng)組成

3、，具有綜合利用所有資源、交互式建模、動態(tài)模擬實驗及結(jié)果分析、輔助設(shè)計等功能?？衫糜嬎銠C模擬實際或虛擬隧道窯系統(tǒng)，進行熱工理論研究，提高設(shè)計與運行水平。 運行狀態(tài)模擬試驗。理論與實際相結(jié)合，建立隧道窯系統(tǒng)模型。根據(jù)實際結(jié)構(gòu)及其各要素之間的關(guān)系，建立能正確反映被模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)實際工藝，推導(dǎo)窯內(nèi)換熱與氣體流動方程，確定窯內(nèi)氣體流動與換熱控制方程及其離散方法，建立廣義數(shù)學(xué)模型。選擇合適的通用模擬軟件、計算區(qū)域及網(wǎng)格劃分方法，

4、合理簡化處理燃燒設(shè)置等子系統(tǒng)，正確計算流體控制方程源項，建立模擬模型。借助正交試驗設(shè)計方法安排模擬試驗，進行變量重要性分析與模型修正。將實測數(shù)據(jù)與模擬試驗數(shù)據(jù)相結(jié)合，確定基準狀態(tài)點。在基準狀態(tài)點附近，進行隧道窯運行狀態(tài)模擬試驗，研究各控制變量對窯內(nèi)溫度與壓強,排煙量等工藝參數(shù)的影響規(guī)律與機理。 隧道窯運行操作規(guī)律?？偱艧焿簭?、窯尾冷卻區(qū)抽熱風(fēng)壓強、急冷區(qū)抽熱風(fēng)壓強、物料裝載區(qū)氣體流動阻力系數(shù)等15個運行控制變量決定其運行狀態(tài)，窯

5、內(nèi)溫度與壓強制度(曲線)、排煙量、抽出熱風(fēng)量、窯頭(尾)溢出(漏入)風(fēng)量等運行輸出參數(shù)可表示為15個運行控制變量的函數(shù)。運行基準狀態(tài)點(操作點)附近，可作為線性系統(tǒng)處理。模擬試驗數(shù)據(jù)整理。在生產(chǎn)記錄等資料不能滿足要求時，以理論模型為基礎(chǔ)進行計算機模擬試驗，將模擬試驗數(shù)據(jù)與其它數(shù)據(jù)資料相結(jié)合，提取建模信息，整理為系統(tǒng)現(xiàn)場模擬與實時控制等用途的函數(shù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀?隧道窯正常運行狀態(tài)。組織窯內(nèi)氣體合理流動是隧道窯正常運行的基礎(chǔ)，加熱段與冷

6、卻段之間無氣體流動是平衡狀態(tài)點。正常運行操作狀態(tài)點應(yīng)在平衡狀態(tài)點偏向冷卻段一側(cè)，即有適量急冷段冷卻風(fēng)流向燒成段。運行狀態(tài)點偏離平衡狀念點超過某一限量時，窯內(nèi)平衡被破壞，燒成制度無法維持。有窯門密封時，運行狀態(tài)惡化的速度與程度降低。 隧道窯結(jié)構(gòu)設(shè)置決定窯內(nèi)壓強制度(曲線)。窯內(nèi)壓強制度(曲線)是窯內(nèi)氣體流動的外觀表現(xiàn)，是最易測量且能較好反映氣體合理流動的參數(shù)。結(jié)構(gòu)設(shè)置不同．窯內(nèi)壓強制度(曲線)不同，涉及窯內(nèi)壓強制度種類(如正壓與負

7、壓操作)時，應(yīng)強調(diào)隧道窯結(jié)構(gòu)設(shè)置的特點。在機械通風(fēng)隧道窯中，通風(fēng)、排煙、燒嘴等設(shè)置的結(jié)構(gòu)及布置方式?jīng)Q定窯內(nèi)橫截面上下壓強差，窯內(nèi)氣體靜壓頭與動壓頭的作用遠大于幾何壓頭的作用。 窯內(nèi)溫度制度(曲線)調(diào)節(jié)。組織窯內(nèi)氣體合理流動是調(diào)節(jié)窯內(nèi)溫度制度的前提條件。窯內(nèi)溫度變化是氣體與物料之間熱量傳遞的累積效應(yīng)，只能是漸變過程。窯車臺面設(shè)置火道、預(yù)熱段攪拌氣幕、分散式噴風(fēng)等措施均可降低窯內(nèi)橫截面上下溫度差。用排煙孔調(diào)節(jié)窯內(nèi)溫度、壓強，需首先考