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基于数值模拟的隧道窑能耗优化方法研究

吴中元  
【摘要】:隧道窑是卫生洁具陶瓷生产的重要设备之一,其烧成质量将直接影响生产成本和效率。传统烧成质量主要通过人工经验来控制,而这种方式无法满足陶瓷工业生产的要求,主要因为着眼于保证燃烧质量而忽略能耗问题。尽管有学者研究了隧道窑的燃烧热平衡问题,但未直接指出与能耗的关系,且未考虑燃烧质量。然而,陶瓷企业的节能减排迫切需要从质量和能耗两个方面综合实现隧道窑的节能优化。本文以卫生陶瓷隧道窑为研究对象,以提高燃烧质量和降低能源消耗为目标,分别建立以燃气速度、助燃风速度和炉内高度为自变量的燃烧质量模型和能耗模型,提出一种基于数值模拟的隧道窑能耗优化方法。因此本文的主要研究内容如下:1、针对隧道窑工艺特性及燃烧过程能耗特性,分析隧道窑燃烧过程热量吸收和支出方式,建立一种基于热平衡分析的隧道窑能源消耗模型,揭示能源消耗与燃气速度、助燃风速度和炉内高度等因素的关系。2、提出一种基于数值模拟的隧道窑燃烧模型,针对隧道窑结构及生产特点,将生产过程抽象为连续工艺,并建立三维模型,确定隧道窑热工特性边界条件,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析隧道窑燃烧过程。3、提出一种基于数值模拟的质量与能耗多目标优化模型,利用隧道窑燃烧数值模拟揭示不同组合参数下窑内温度变化规律,面向温度参数定义一种均匀性系数,评价数值模拟燃烧质量,并基于神经网络建立燃烧质量模型,结合隧道窑能源消耗模型,利用遗传算法实现燃烧质量和能耗多目标优化。综合以上研究,利用Matlab搭建了“隧道窑能耗优化仿真系统”,包括能源消耗模块、燃烧质量模块和能耗优化模块,为基于数值模拟进行隧道窑能耗优化提供理论和方法支撑。


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