[发明专利]一种骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法及设计平台

说明书

本申请提供一种骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法及设计平台，设计方法包括：对燃烧器的结构进行参数化建模；基于多学科集成优化平台，利用燃烧器的参数化模型，构建燃烧器的多参数耦合一体化集成优化平台；以燃烧器的结构参数和控制参数作为设计变量，以燃烧效率和污染物排放量作为目标函数，利用集成优化平台进行多参数耦合一体化自动循环计算，得到目标函数对设计变量的动态响应模型；根据动态响应模型，得到最大燃烧效率和最小污染物排放量对应的骨料烘干煤粉燃烧器的结构参数和控制参数；根据结构参数和控制参数设计骨料烘干煤粉燃烧器。本申请充分考虑了参数间存在的耦合作用，设计出的燃烧器能够达到高效燃烧和低污染物排放量的目的。

技术领域

本申请属于煤粉燃烧器结构设计技术领域，具体涉及一种骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法及设计平台。

背景技术

骨料烘干煤粉燃烧器因燃料选择不同，大致可分为燃油燃烧器、燃气燃烧器以及燃煤燃烧器。选择不同的燃料，对企业经济和社会环境会产生不同的影响。对燃油燃烧器来说，由于我国石油资源匮乏，导致近些年来燃油价格的不断攀升，加重了企业的经济负担。对燃气燃烧器来说，因其特殊的物理状态，气体的贮存和运输会增加额外的经济成本。而我国煤炭资源丰富，据统计，到2050年煤炭在我国燃料使用中依然占有很大比重，采用煤粉作为燃料，能够为有效降低骨料烘干的运行成本。但是，煤粉燃烧同样存在不利的一面，如煤粉燃烧行为较难控制，造成燃烧效率低以及大量污染气体的生成。

煤粉燃烧器加装旋流器，产生的旋流风对煤粉燃烧效果影响显著。旋流风由轴向风速和切向风速复合而成，在燃烧器内部容易产生回流，加剧煤粉与氧气的混合，且回流烟气对煤粉具有预热作用，加速煤粉着火，虽然节省燃料，但会影响污染物排放，而且在煤粉高效燃烧的同时，容易生成大量NO_X、SO_X等污染气体，以及大量的烟灰，因此，高效燃烧和低污染物排放之间存在矛盾。

当前，为解决高效燃烧和低污染物排放之间的矛盾，采取对燃烧器结构参数和控制参数进行优化的方法，或者采用低过量空气燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧等技术对燃烧器进行改造。当采取优化燃烧器运行参数的方法对燃烧器进行改造时，通常采用单因素分析法研究，这样忽略了参数间存在的耦合作用对燃烧器性能优化的影响，造成分析结果不准确，进而设计出的燃烧器无法达到高效燃烧和低污染物排放的目的。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法及设计平台。

根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种骨料烘干煤粉燃烧器的设计方法，其包括以下步骤：

利用三维建模软件对骨料烘干煤粉燃烧器的结构进行参数化建模；

基于多学科集成优化平台，利用骨料烘干煤粉燃烧器的参数化模型，构建骨料烘干煤粉燃烧器的多参数耦合一体化集成优化平台；

以影响骨料烘干煤粉燃烧器燃烧性能的结构参数和控制参数作为设计变量，以燃烧效率和污染物排放量作为目标函数，利用骨料烘干煤粉燃烧器的多参数耦合一体化集成优化平台进行多参数耦合一体化自动循环计算，得到目标函数对设计变量的动态响应模型；

根据目标函数对设计变量的动态响应模型，分析设计变量对目标函数的敏感性并进行多参数多目标优化设计，得到最大燃烧效率和最小污染物排放量对应的骨料烘干煤粉燃烧器的结构参数和控制参数；

根据得到的结构参数和控制参数设计骨料烘干煤粉燃烧器。

进一步地，所述利用三维建模软件对骨料烘干煤粉燃烧器的结构进行参数化建模的具体过程为：

利用三维建模软件对骨料烘干煤粉燃烧器的结构进行三维建模，在三维模型中设定结构参数，并对三维模型及其在相应坐标系中的相对位置进行约束，生成三维模型文件；所述结构参数包括风管的结构尺寸以及燃烧室的结构尺寸；所述各次风管包括一次风管、二次风管、三次风管或外二次风管；