[发明专利]一种基于蜂窝陶瓷蓄热体换热系统的建模方法

说明书

本发明涉及工业热工燃烧装置节能技术领域，公开一种基于蜂窝陶瓷蓄热体换热系统的建模方法，包括以下步骤：（1）根据现场蓄热室的深度划分若干个小尺寸的蓄热体，每个蓄热体通过递推模型，实现蓄热体换热系统的整合；（2）气体与蓄热体之间的综合换热系数模型，包括对流换热系数模型和辐射换热系数模型，这两个函数模型同时涵盖了预热和蓄热双向过程；根据气体初始温度与蓄热体温度的偏差，区分蓄热和预热过程；（3）根据蓄热室的热量平衡原理，建立气体温度的函数模型，该函数模型同时涵盖预热和蓄热双向过程，通过数值计算，不区分热量传递方向，自行计算气体流出温度；（4）根据蓄热室热交换方程，建立蓄热体温度的数学模型，实现了蓄热体和气体交换前后温度的数值化。

技术领域

本发明涉及工业热工燃烧装置节能技术领域，尤其涉及一种基于蜂窝陶瓷蓄热体换热系统的建模方法。

背景技术

目前蜂窝陶瓷蓄热体被广泛用于工业热工燃烧装置的节能技术方面，使工业燃烧装置的热量循环利用，提高燃烧效率，降低能耗，是解决能源与环境问题的重要而有效的手段。蜂窝陶瓷蓄热体的功能主要包括三个方面：1）利用蓄热体的蓄热能力，降低废气热损失，最大限度提高燃料的利用率，降低单位能耗；2）通过蓄热体内所蓄热量，预热气体，提高理论燃烧温度，改善燃烧条件，满足工业燃烧装置的高温要求，扩大低热值燃料的应用范围，尤其是高炉煤气的应用范围，提高燃料热值的利用率；3）改善炉膛热交换条件，使排出和流入的气体温度稳定，提高设备的使用安全性和寿命，减少设备投资。

蜂窝陶瓷蓄热体主要有正方形和正六边形两种孔结构，且孔道是相互平行的直通道结构。这种结构大大降低了气孔流经的阻力，大幅度提高了蓄热体的单孔体积换热效率。具有低热膨胀性、比热容大、比表面积大、压降小、热阻小、导热性能好、耐热冲击好等特性；广泛用于冶金行业蓄热式高温燃烧技术，它把回收烟气余热与高效燃烧及降低NOX排放等技术有机的结合起来，从而实现极限节能降低NO_X排放量的目的。

综上所述，随着节能环保的积极发展，蜂窝陶瓷蓄热体的应用越来越广泛，主要使用范围：钢铁厂、垃圾焚烧炉、废气处理热工设备、化工厂、冶炼厂、发电厂、动力产业锅炉、燃气轮机、工程取暖装备、乙烯裂解炉等。大部分装置在蓄热体低温部分安装了气体测量仪表，但是对于高温部分难以监测，故而蜂窝陶瓷蓄热体的换热系统依旧是一片盲区，无法获知预热后的气体温度，燃烧过程的优化难以进行，蓄热体的功能无法全面利用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于蜂窝蓄热体换热系统的建模方法，通过该模型可以计算蓄热量和预热后的气体温度，为优化燃烧效率提供准确数值。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案：

一种基于蜂窝陶瓷蓄热体换热系统的建模方法，包括如下步骤：（1）根据现场蓄热室的深度划分若干个小尺寸的蓄热室，每个蓄热室通过递推模型，实现蓄热体换热系统的整合;（2）气体与蓄热体之间的综合换热系数模型，同时涵盖对燃烧气体的预热和排出废气的蓄热双向过程;（3）根据蓄热室的热量平衡原理，建立气体温度的函数模型，根据输入参数的不同，可以计算蓄热后废气的温度和预热后燃烧气体的温度;（4）根据蓄热室热交换方程，建立蓄热体温度的数学模型。

所述步骤（1）中所述的递推模型，是将蓄热室沿着深度方向划分为N个小尺寸的蓄热室，每一个蓄热体NO.x都有两个温度值，T_xureti.x_q和T_xureti.x _h，分别表征蓄热体流经气体前后的温度；气体也有两个温度值，T_qiti.x _q和T_qiti.x _h，分别表征气体经过蓄热体前后的温度；前一个蓄热体流出后气体的温度，作为后一个蓄热体气体流入前的气体温度，即T_qiti.(x+1)_q，最终第N个蓄热体的气体流出温度T_qiti.N_h作为气体最终的流出温度。

所述步骤（2）中所述的综合换热系数模型，根据热量传递方向，包括两种换热模型，一种是对流换热模型，存在于蓄热和预热两个热量传递过程中；一种是辐射换热模型，主要存在于蓄热体蓄热的过程中，采用表达式：。