CN111859822B - 一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法 - Google Patents
一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111859822B CN111859822B CN202010680781.9A CN202010680781A CN111859822B CN 111859822 B CN111859822 B CN 111859822B CN 202010680781 A CN202010680781 A CN 202010680781A CN 111859822 B CN111859822 B CN 111859822B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- melting furnace
- glass melting
- nitrogen oxides
- concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 330
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 131
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims abstract description 131
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 130
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 55
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 38
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 42
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 6
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 6
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 6
- 210000000481 breast Anatomy 0.000 claims description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 claims description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 11
- 239000005329 float glass Substances 0.000 description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N hydrogen cyanide Chemical compound N#C LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- -1 fuel quantity Chemical class 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Algebra (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
Abstract
本发明公开了一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法，该方法包括：1)根据玻璃熔窑炉型建立玻璃熔窑火焰空间的三维物理模型，并确定燃料及其相关的初始条件与边界条件；2)对模型进行数值模拟计算，建立玻璃熔窑火焰空间内的温度场和气流场；3)计算玻璃熔窑火焰空间内氮氧化物浓度分布；4)统计分析得到玻璃熔窑内氮氧化物的生成量随温度的变化曲线；5)利用实际玻璃熔窑氮氧化物的浓度测量值对氮氧化物浓度随温度的变化曲线进行校正，得到玻璃熔窑内氮氧化物浓度随温度变化的基准曲线；6)获取玻璃熔窑内的平均温度，根据基准曲线预测获得璃熔窑内氮氧化物的生成量。本发明提供了一种快速准确的玻璃熔窑内氮氧化物生成量预测方法。
Description
技术领域
本发明涉及节能环保技术，尤其涉及一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法。
背景技术
氮氧化物是玻璃熔窑内主要排放污染物之一。浮法玻璃的生产过程中主要产生三种类型的NOx：“热力型NOx”、“快速型NOx”和“燃料型NOx”。热力型NOx”是在高温条件下空气中的氮气和氧气发生氧化反应形成的，当温度高于1500℃时，这种类型的NOx占主导地位，并且产生的NOx量随着温度的升高快速增加；“快速型NOx”是空气中的氮气首先与燃料中的碳氢化合物反应生成中间产物，再继续与氧气反应而形成的，玻璃熔窑中它的生成量较小，对产生的NOx总量影响不大；“燃料型NOx”是燃料中的氮元素发生氧化反应而形成的，在玻璃熔窑内它的生成量与燃料中氮元素含量有关，随温度的变化不明显。由于玻璃熔窑火焰空间中平均火焰温度达到了1600℃，尽管玻璃熔窑常用燃料中含有氮元素，但含量较少，且燃料中以有机化合物形式存在的N，在高温时化学键断裂形成游离态的N，只有一部分被氧化形成NO，其余会形成氮气、氨气和氰化氢等，因此玻璃熔窑烟气中的NOx主要是“热力型NOx”，其占氮氧化物生成总量的95％以上。
《平板玻璃工业大气污染物排放标准》对玻璃熔窑氮氧化物的排放指标提出了严格和明确的量化要求。各玻璃企业分别在一次氮氧化物的控制与末端治理方面进行技术改进，期望能够达到更好的尾气处理效果，将熔窑烟气中氮氧化物的浓度降到国家标准以下。在此情况下，玻璃熔窑内氮氧化物的生成量的预测显得尤为重要，既可以作为氮氧化物浓度超标的警报和技术改进效果的预测，其预测方法和思路也可为在燃烧过程中脱硫、脱硝提供有效指导。然而，氮氧化物生成机理复杂，影响因素很多，玻璃熔窑内氮氧化物生成的主要影响因素是熔窑火焰空间内的燃烧温度、火焰空间内氧含量和火焰空间内高温区域的分布及面积等。在燃烧状况下，火焰空间内燃料剧烈燃烧，气体成分快速变化，影响氮氧化物生成的变量，如燃料量、氧气浓度、温度等都是变化且互相影响的。因此难以单独对某个变量进行辨识以研究其对氮氧化物生产量的影响，也无法对氮氧化物的生成量进行定量计算。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法，包括以下步骤：
1)根据玻璃熔窑炉型建立玻璃熔窑火焰空间的三维物理模型，确定燃料及其相关的初始条件与边界条件；所述初始条件包括燃料的入炉温度、燃料的工业分析、元素分析及发热量数据、助燃空气的入炉温度、燃料用量及燃烧的平均空气过剩系数；
边界条件包括玻璃熔窑小炉口处的助燃空气与燃料喷入的速度、燃料喷入的角度、小炉烟气出口处的压力、胸墙和碹顶的散热量以及玻璃液面的传热或温度分布；
2)利用气体动力学和燃烧学方法对模型进行数值模拟计算，建立玻璃熔窑火焰空间内的温度场和气流场；
3)根据热力型、燃料型和快速型氮氧化物的生成机理，计算玻璃熔窑火焰空间内氮氧化物浓度分布；
4)基于步骤3)的计算结果，统计分析得到玻璃熔窑内氮氧化物的浓度随温度的变化曲线，并拟合得到其函数表达式，依据玻璃熔窑内温度场的模拟计算结果，计算火焰空间内不同温度等值面的积分面积，拟合得到各温度等值面的积分面积与温度的函数关系；
具体如下：
基于模拟计算的结果，统计出玻璃熔窑火焰空间内最低温度Tmin、最高温度Tmax及不同温度的各温度等值面的积分面积，进而计算出各温度等值面上的氮氧化物的浓度值，将统计与计算结果进行作图拟合即可得到氮氧化物浓度及温度等值面面积随温度的变化曲线，氮氧化物浓度随温度的变化曲线拟合得到函数
5)利用实际玻璃熔窑氮氧化物的浓度测量值对步骤4)中的氮氧化物浓度随温度的变化曲线进行校正，得到玻璃熔窑内氮氧化物随温度变化的基准曲线；
6)获取玻璃熔窑内的平均温度，根据基准曲线预测璃熔窑内氮氧化物的生成量，即在基准曲线上找到该温度下的氮氧化物的浓度值，即为玻璃熔窑火焰空间内产生的氮氧化物浓度的预测结果。
按上述方案，所述步骤5)对氮氧化物浓度随温度的变化曲线进行校正，具体如下：
5.1)对温度等值面面积随温度的变化曲线在最低温度Tmin至最高温度Tmax范围内进行积分，得到玻璃熔窑火焰空间内所有温度等值面的总面积；
5.2)确定各温度下氮氧化物生成量的权重：通过该温度下的温度等值面的积分面积所占璃熔窑火焰空间内所有温度等值面的总面积确定；
5.3)将各温度下氮氧化物生成量的权重乘以对应温度下的氮氧化物浓度值，并在最低温度Tmin至最高温度Tmax范围内进行积分，计算得到玻璃熔窑内氮氧化物的计算平均浓度
5.4)利用实际测量得到的玻璃熔窑小炉口处的氮氧化物的实际浓度及计算得到的氮氧化物的计算平均浓度/>对玻璃熔窑内氮氧化物的浓度随温度的变化函数/>进行校正，得到玻璃熔窑内氮氧化物随温度变化的基准曲线函数为
按上述方案，所述步骤6)中玻璃熔窑内的平均温度通过实测或者计算获得。
按上述方案，所述步骤6)中玻璃熔窑内的平均温度计算方法如下：
在最低温度Tmin至最高温度Tmax范围内对温度等值面面积与温度的乘积进行积分，而后除以熔窑火焰空间内的温差，即利用此计算值在等温面面积随温度变化曲线上找到对应的温度值T0，即为玻璃熔窑火焰空间内的平均温度。
按上述方案，所述步骤5)还包括以下步骤：
将玻璃熔窑内氮氧化物随温度变化的基准曲线及其对应的燃料种类、助燃空气的入炉温度、燃料燃烧平均空气过剩系数保存到玻璃熔窑氮氧化物随温度变化的基准曲线库中，所述基准曲线库用于根据对应的燃料种类、助燃空气的入炉温度、燃料燃烧平均空气过剩系数快速获得对应的玻璃熔窑内氮氧化物随温度变化的基准曲线，并结合玻璃熔窑内的平均温度进行璃熔窑内氮氧化物的生成量预测。
本发明产生的有益效果是：
1.本发明提供一种玻璃熔窑内氮氧化物生成量的预测方法，该方法的关键在于利用数值模拟方法得到玻璃熔窑火焰空间内氮氧化物浓度与温度的函数，并结合玻璃熔窑实际氮氧化物的浓度对模拟结果进行校正，并将校正后的基准曲线应用于玻璃熔窑内氮氧化物生成量预测。该方法解决了实时地高温环境下监测氮氧化物的操作困难和测点选取带来的精度低、波动大的问题，提高了玻璃熔窑内氮氧化物生成量预测的准确度，快捷方便，省时省力，有助于工作人员改进生产的工艺条件。
2.指出燃料种类、助燃空气温度、燃料燃烧平均空气过剩系数是玻璃熔窑内氮氧化物生成量预测基准曲线适用与否的判断依据。通过玻璃熔窑氮氧化物随温度变化的基准曲线库的建立，积累大量数据，对操作人员来说无论是分析工艺制度还是进行理论研究都很有帮助。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的方法流程图；
图2是本发明实施例的浮法玻璃熔窑火焰空间三维物理模型的示意图；
图3是本发明实施例的浮法玻璃熔窑火焰空间内氮氧化物生成量与温度的关系曲线示意图；
图4是本发明实施例的浮法玻璃熔窑火焰空间内温度等值面面积与温度的关系曲线示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种玻璃熔窑内氮氧化物生成量的预测方法，该方法包括以下步骤：
S01：建立玻璃熔窑火焰空间的三维物理模型，确定燃料及其相关的初始条件与边界条件；
玻璃熔窑炉型有很多种，本发明实施例选择常见的浮法玻璃熔窑的火焰空间来建立模型。图2示例性地给出了一浮法玻璃熔窑火焰空间的三维物理模型。
其中，燃料包括玻璃熔窑中常用的各种燃料，初始条件包括但不限于燃料的入炉温度和助燃空气的入炉温度、燃料用量及燃烧的平均空气过剩系数、燃料的工业分析、元素分析及发热量等数据；边界条件包括但不限于玻璃熔窑小炉口助燃空气与燃料的速度、燃料喷入的角度、小炉出口的压力、胸墙和碹顶的散热情况及玻璃液面的传热或温度分布。
本发明的一个实施例中，初始条件与边界条件可设置为：玻璃熔窑胸墙和碹顶设置为散热边界，胸墙散热量为1550w/m2，碹顶散热量为1700w/m2，火焰空间底部采用壁面热边界条件中的温度来定义，考虑到玻璃液面温度随窑长的变化，对火焰空间底部的温度分布进行多项式拟合，得到火焰空间底部温度随窑长变化的函数关系，将此函数关系编程写入计算程序，模拟计算时可调用。燃料为重油，含氮量为0.2％，低位发热量为37000KJ/kg，助燃空气入炉温度为1300℃，助燃空气的平均过剩空气系数为1.12，小炉入口处：Va＝V1，Ta＝T1，其中，Va表示小炉入口处的助燃空气速度，V1表示助燃空气速度的常数；Ta表示小炉入口处的助燃空气温度，T1表示空气温度的常数。火焰空间重油喷枪入口处：Vr＝V2，Vr表示重油喷入速度，V2表示重油喷入速度的常数；Tr＝T2，Tr表示重油入炉温度，T2表示重油入炉温度的常数；αr＝α2，αr表示重油喷入角度(与水平面的夹角)，α2表示重油喷入角度(与水平面的夹角)的常数；小炉烟气出口处：po＝p1，po表示出口压力，p1表示出口压力的常数。
S02：利用气体动力学和燃烧学方法对玻璃熔窑火焰空间的三维物理模型进行数值模拟计算，建立玻璃熔窑火焰空间内的温度场和气流场。
其中，数值模拟例如可以利用诸如Fluent等流体力学分析工具，并结合有限体积法或有限元的相关知识进行，在此不再赘述。
气体动力学和燃烧学方法可以为诸如玻璃熔窑火焰空间内重油燃烧时气体流动、燃烧、传热的稳态控制方程。具体为物料守恒方程、动量方程、能量方程、辐射传热模型、非预混燃烧下的概率密度函数模型、离散相模型等。
温度场可以用于描述重油在玻璃熔窑火焰空间内燃烧、传热等过程的温度分布。气流场可以用于描述高温助燃空气、雾化后的重油、烟气等的密度、流速、压力、动能、位能等。
S03：根据热力型、燃料型和快速型氮氧化物的各自生成机理，计算玻璃熔窑火焰空间内氮氧化物浓度分布；
根据三种类型氮氧化物的不同生成机理，分别模拟计算得到热力型、燃料型和快速型氮氧化物的生成量，分析得出，在浮法玻璃熔窑火焰空间内，平均温度高达1600℃以上，且玻璃熔窑常用燃料中含氮量较少，且燃料中的N，只有一部分被氧化形成NO，其余会形成氮气、氨气和氰化氢等，快速性氮氧化物的量更是极少，热力型NOx占氮氧化物生成总量的95％以上，因此在氮氧化物生成量的预测时主要考虑热力型氮氧化物。
S04：计算氮氧化物及温度等值面面积随温度的变化曲线。
基于模拟计算的结果，借助软件工具可统计出玻璃熔窑火焰空间内最低温度Tmin、最高温度Tmax及不同温度的各温度等值面的积分面积，进而可计算出各温度等值面上的氮氧化物的浓度值，将统计与计算结果进行作图拟合即可得到氮氧化物浓度及温度等值面面积随温度的变化曲线，氮氧化物浓度随温度的变化曲线拟合得到函数
S05：利用数学算法，结合玻璃熔窑氮氧化物实测值对氮氧化物随温度的变化曲线进行校正，得到基准曲线。
考虑到模拟计算结果与实际熔窑参数的偏差，利用数学计算对上述S04中的氮氧化物浓度随温度的变化曲线进行校正，使其具有更高的准确性和实用性。图3给出了浮法玻璃熔窑火焰空间内氮氧化物生成量与温度的模拟计算值的拟合曲线和校正曲线。具体实施过程为：对上述S04中得到的温度等值面面积随温度的变化曲线在最低温度Tmin至最高温度Tmax范围内进行积分，得到玻璃熔窑火焰空间内所有温度等值面的总面积；各温度下氮氧化物生成量的权重可由该温度下的温度等值面的积分面积所占璃熔窑火焰空间内所有温度等值面的总面积决定，将温度为T的某一温度等值面的面积除以玻璃熔窑火焰空间内所有温度等值面的总面积得到的量记为iT,将iT乘以对应温度下的氮氧化物浓度值，并在最低温度Tmin至最高温度Tmax范围内进行积分，即可得到玻璃熔窑内氮氧化物的计算平均浓度利用实际测量得到的玻璃熔窑小炉口处的氮氧化物的实际浓度/>及计算得到的氮氧化物的计算平均浓度/>对S04中计算拟合得到的玻璃熔窑内氮氧化物的浓度随温度的变化函数/>进行校正，得到玻璃熔窑内氮氧化物随温度变化的基准曲线函数为
S06：将基准曲线应用范围进行推广，计算或实测得到玻璃熔窑火焰空间的平均温度，利用基准曲线预测氮氧化物的生成量；
进行了玻璃熔窑火焰空间不同工况下模拟计算结果与实测结果的统计分析，得出初步结论：玻璃熔窑内燃料种类、助燃空气温度、燃料燃烧平均空气过剩系数三个参数保持不变时，其他参数变化的所有工况下，火焰空间内氮氧化物随温度变化的基准曲线一致。即只要得到一种工况下氮氧化物随温度变化的基准曲线，那么其他与此工况燃料种类、助燃空气温度、燃料燃烧平均空气过剩系数相同的所有工况都可用同一基准曲线进行玻璃熔窑内氮氧化物生成量的预测。
基于基准曲线应用范围的可推广性，可将实际调研采集到的玻璃熔窑常用的燃料、助燃空气温度、燃料燃烧平均空气过剩系数分别进行数值模拟计算和数学分析，实施步骤S01至步骤S05，得到常用的不同燃料种类、助燃空气温度、燃料燃烧平均空气过剩系数下的玻璃熔窑内氮氧化物随温度变化的基准曲线。建立玻璃熔窑氮氧化物随温度变化的基准曲线库。那么在利用基准曲线进行玻璃熔窑氮氧化物预测时，只需在建立的基准曲线库中找到燃料种类、助燃空气温度、燃料燃烧平均空气过剩系数相同的基准曲线和得到需要进行氮氧化物预测的玻璃熔窑火焰空间内的平均温度，而玻璃熔窑火焰空间内的平均温度可用实测或者计算的方法得到。实测可借助测温工具对合理选取的测温点进行测量统计，而对模拟计算得到的温度场分布采取数学计算的方法得到火焰空间的平均温度，图4给出了浮法玻璃熔窑火焰空间内温度等值面面积与温度模拟计算值的拟合曲线及火焰空间内平均温度的确定方法，具体实施过程为：在最低温度Tmin至最高温度Tmax范围内对温度等值面面积与温度的乘积进行积分，而后除以熔窑火焰空间内的温差，即利用此计算值在等温面面积随温度变化曲线上找到对应的温度值T0，即为玻璃熔窑火焰空间内的平均温度。得到平均温度后可在对应的基准曲线上找到该温度下的氮氧化物的浓度值，即为玻璃熔窑火焰空间内产生的氮氧化物浓度的预测结果
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据玻璃熔窑炉型建立玻璃熔窑火焰空间的三维物理模型，并确定燃料及其相关的初始条件与边界条件；所述初始条件包括燃料的入炉温度、燃料的工业分析、元素分析及发热量数据、助燃空气的入炉温度、燃料用量及燃烧的平均空气过剩系数；
边界条件包括玻璃熔窑小炉口处的助燃空气与燃料喷入的速度、燃料喷入的角度、小炉烟气出口处的压力、胸墙和碹顶的散热量以及玻璃液面的传热或温度分布；
2)对火焰空间的三维物理模型进行数值模拟计算，建立玻璃熔窑火焰空间内的温度场和气流场；
3)基于步骤2)建立的温度场和气流场，根据热力型、燃料型和快速型氮氧化物的生成机理，计算玻璃熔窑火焰空间内氮氧化物浓度分布；
4)基于步骤3)的计算结果，统计分析得到玻璃熔窑内氮氧化物的浓度随温度的变化曲线，并拟合得到其函数表达式，依据玻璃熔窑内温度场的模拟计算结果，计算火焰空间内不同温度等值面的积分面积，拟合得到各温度等值面的积分面积与温度的函数关系；
5)利用实际玻璃熔窑氮氧化物的浓度测量值对步骤4)中的氮氧化物浓度随温度的变化曲线进行校正，得到玻璃熔窑内氮氧化物浓度随温度变化的基准曲线；
6)获取玻璃熔窑内的平均温度，根据基准曲线预测获得璃熔窑内氮氧化物的生成量，即在基准曲线上找到平均温度对应的氮氧化物的浓度值，作为玻璃熔窑火焰空间内产生的氮氧化物浓度的预测结果。
2.根据权利要求1所述的玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法，其特征在于，所述步骤4)中统计分析得到玻璃熔窑内氮氧化物的浓度随温度的变化曲线，并拟合得到其函数表达式具体如下：
基于模拟计算的结果，统计出玻璃熔窑火焰空间内最低温度Tmin、最高温度Tmax及不同温度的各温度等值面的积分面积，进而计算出各温度等值面上的氮氧化物的浓度值，将统计与计算结果进行作图拟合即得到氮氧化物浓度及温度等值面面积随温度的变化曲线，根据氮氧化物浓度随温度的变化曲线拟合得到函数CNOX＝f(T)。
3.根据权利要求1所述的玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法，其特征在于，所述步骤5)对氮氧化物浓度随温度的变化曲线进行校正，具体如下：
5.1)对温度等值面面积随温度的变化曲线在最低温度Tmin至最高温度Tmax范围内进行积分，得到玻璃熔窑火焰空间内所有温度等值面的总面积；
5.2)确定各温度下氮氧化物生成量的权重：通过该温度下的温度等值面的积分面积所占璃熔窑火焰空间内所有温度等值面的总面积比例确定；
5.3)将各温度下氮氧化物生成量的权重乘以对应温度下的氮氧化物浓度值，并在最低温度Tmin至最高温度Tmax范围内进行积分，计算得到玻璃熔窑内氮氧化物的计算平均浓度
5.4)利用实际测量得到的玻璃熔窑小炉口处的氮氧化物的实际浓度及计算得到的氮氧化物的计算平均浓度/>对玻璃熔窑内氮氧化物的浓度随温度的变化函数/>进行校正，得到玻璃熔窑内氮氧化物随温度变化的基准曲线函数为/>
4.根据权利要求1所述的玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法，其特征在于，所述步骤6)中玻璃熔窑内的平均温度通过实测或者计算获得。
5.根据权利要求4所述的玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法，其特征在于，所述步骤6)中玻璃熔窑内的平均温度计算方法如下：
在最低温度Tmin至最高温度Tmax范围内对温度等值面面积与温度的乘积进行积分，而后除以熔窑火焰空间内的温差，即利用此计算值在等温面面积随温度变化曲线上找到对应的温度值T0，即为玻璃熔窑火焰空间内的平均温度。
6.根据权利要求1所述的玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法，其特征在于，所述步骤5)还包括以下步骤：
将玻璃熔窑内氮氧化物随温度变化的基准曲线及其对应的燃料种类、助燃空气的入炉温度、燃料燃烧平均空气过剩系数保存到玻璃熔窑氮氧化物随温度变化的基准曲线库中，所述基准曲线库用于根据对应的燃料种类、助燃空气的入炉温度、燃料燃烧平均空气过剩系数快速获得对应的玻璃熔窑内氮氧化物随温度变化的基准曲线，并结合玻璃熔窑内的平均温度进行璃熔窑内氮氧化物的生成量预测。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010680781.9A CN111859822B (zh) | 2020-07-15 | 2020-07-15 | 一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010680781.9A CN111859822B (zh) | 2020-07-15 | 2020-07-15 | 一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111859822A CN111859822A (zh) | 2020-10-30 |
| CN111859822B true CN111859822B (zh) | 2023-12-05 |
Family
ID=72984320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010680781.9A Active CN111859822B (zh) | 2020-07-15 | 2020-07-15 | 一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111859822B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113813770A (zh) * | 2021-10-26 | 2021-12-21 | 深圳开云智能有限公司 | 基于融合型人工智能氮氧化物排放预测和喷氨控制*** |
| CN114882957A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-08-09 | 北京理工大学 | 一种二元复合型助燃剂效能评价方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001153353A (ja) * | 1999-11-25 | 2001-06-08 | Hitachi Ltd | 燃焼装置内で発生する有害物質の濃度分布の予測方法および予測方法の記録媒体 |
| CN104361156A (zh) * | 2014-10-29 | 2015-02-18 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种基于加热炉燃烧模型的优化燃烧卡边条件确定方法 |
| CN106503380A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-03-15 | 中国科学院自动化研究所 | 炼焦烟气中氮氧化物浓度预测方法及预测*** |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6775623B2 (en) * | 2002-10-11 | 2004-08-10 | General Motors Corporation | Real-time nitrogen oxides (NOx) estimation process |
-
2020
- 2020-07-15 CN CN202010680781.9A patent/CN111859822B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001153353A (ja) * | 1999-11-25 | 2001-06-08 | Hitachi Ltd | 燃焼装置内で発生する有害物質の濃度分布の予測方法および予測方法の記録媒体 |
| CN104361156A (zh) * | 2014-10-29 | 2015-02-18 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种基于加热炉燃烧模型的优化燃烧卡边条件确定方法 |
| CN106503380A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-03-15 | 中国科学院自动化研究所 | 炼焦烟气中氮氧化物浓度预测方法及预测*** |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 全氧燃烧浮法玻璃熔窑窑压的数值模拟;吕树欣;高华;刘涌;宋晨路;刘洪源;沈锦林;韩高荣;;能源工程(05);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111859822A (zh) | 2020-10-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111859822B (zh) | 一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法 | |
| JP6356948B2 (ja) | 燃焼プロセスシステムを制御するための方法および装置 | |
| JP2018145520A (ja) | 高炉炉熱予測装置及び高炉炉熱予測方法 | |
| JP6729514B2 (ja) | 溶銑温度予測方法、溶銑温度予測装置、高炉の操業方法、操業ガイダンス装置、溶銑温度制御方法、及び溶銑温度制御装置 | |
| CN111174569B (zh) | 一种在线预测回转窑内煅烧段烟气温度的方法及*** | |
| CN111695249B (zh) | 一种燃气锅炉热效率的预测方法 | |
| CN104049649B (zh) | 加热炉温度的模型控制方法 | |
| CN104615856B (zh) | 基于热风炉组的煤气消耗量预测模型建立方法及装置 | |
| CN112989694B (zh) | 受热面灰污区段化监测***及方法 | |
| CN116611017B (zh) | 一种低氮燃烧加热炉的氮氧化物排放检测方法 | |
| CN104316559B (zh) | 一种能准确反映轧钢加热炉动态热平衡的测试方法 | |
| CN110003923B (zh) | 一种用于测量干熄炉内焦炭烧损的装置及测量方法 | |
| CN112036100A (zh) | 一种基于数值模拟利用回归算法预测炉膛氧气浓度的方法 | |
| CN104990830A (zh) | 测量加热炉炉内气氛对钢坯表面氧化影响的方法和装置 | |
| CN103593578A (zh) | 焦炉加热燃烧过程烟道吸力反馈设定方法 | |
| CN103322807A (zh) | 新型烧结终点预估技术 | |
| CN113621791A (zh) | 一种基于黑匣子试验横向分区数据提高加热炉钢坯温度跟踪模型计算精度的方法 | |
| CN111981506B (zh) | 一种燃煤锅炉最佳氧量确认方法及*** | |
| Stadnyk et al. | Energy saving thermal systems on the mobile platform of the mini-bakery | |
| RU2717868C1 (ru) | Способ оптимизации капельно-факельного сжигания водоугольного топлива в вихревом потоке | |
| CN111828151A (zh) | 一种发动机scr后处理器的标定方法 | |
| CN110059892A (zh) | 一种多物理量监控以进行工业生产优化的方法 | |
| CN113339113B (zh) | 一种SCR***NOx生成与氨需求预测方法、***及存储介质 | |
| CN113203296B (zh) | 一种轧钢加热炉烟道漏风量在线监测方法 | |
| Špička et al. | Optimizing the model of heating the Material in the Reheating Furnace in Metallurgy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |