一種隧道窯燃燒過程參數優化配置方法及裝置與流程
2023-05-29 07:43:01
本發明涉及數值模擬技術領域，特別是涉及一種隧道窯燃燒過程參數優化配置方法及裝置。
背景技術：
隧道窯是衛生潔具陶瓷生產的重要設備，其重要的研究內容之一就是隧道窯的燃燒過程，因為隧道窯的燒成質量直接影響生產成本。而在隧道窯的燃燒過程中，燒成是最主要的耗能工序。隨著對能源要求的提高，節能技術正逐漸成為主流技術，所以在隧道窯燃燒過程中，不僅要求製品燒成質量高而且還要求節約能源以及提高能源的利用率。
近年來，隨著隧道窯數值模擬技術的廣泛應用，國內外學著圍繞窯爐結構、燃燒技術、綜合熱耗和煙氣流動等方面進行了基於數值模擬的參數優化研究。目前，多採用以燃料燃燒機理為基礎分析隧道窯內部溫度場變化，但是由於隧道窯屬於大型、高投資和24小時連續運行的大型工藝設備，運行過程處於高溫高壓的環境，燃料燃燒激勵分析時需要對實際隧道窯結構、運行參數以及環境參數等均進行簡化或近似處理，很難分析和挖掘出影響隧道窯能耗的規律和因素，仍難以支撐改善燃燒質量並提高能源利用效率。
在考慮隧道窯燃燒過程節能問題時不能忽略對產品質量的影響，所以在隧道窯燃燒過程中，對燃燒質量與能源消耗方面的研究是多目標優化問題的研究。但是，目前尚無便捷高效的方法來實現隧道窯燃燒質量與能耗的目標協同優化。
技術實現要素：
針對於上述問題，本發明提供一種隧道窯燃燒過程參數優化配置方法及裝置，實現了隧道窯燃燒質量與能耗的多目標協同優化，及隧道窯燃燒過程中節能的目的。
為了實現上述目的，根據本發明的第一方面，提供了一種隧道窯燃燒過程參數優化配置方法，該方法包括：
根據隧道窯的物理結構，建立隧道窯的數值幾何模型，並對所述數值幾何模型進行網格劃分，獲得所述隧道窯的幾何網格模型；
設定所述隧道窯的幾何網格模型的邊界條件，並根據隧道窯燃燒過程的湍流模型、PDF燃燒反應模型和DO輻射傳熱模型，建立隧道窯燃燒過程數學模型；
根據所述隧道窯燃燒數值模型進行仿真，得到所述隧道窯的燃燒過程中的相應溫度數據，通過所述溫度數據，對溫度均勻性係數y，第i組工況窯內第j個點的溫度值xij和第i組工況窯內的平均溫度建立隧道窯燃燒質量模型其中，i和j為正整數；
根據所述隧道窯燃燒數值模型，利用熱平衡方法對所述隧道窯實際消耗能量Ixs建立所述隧道窯的能源消耗模型，其中，
Ixs＝Isr-Izc
式中，Isr為總輸入熱量，Izc為總支出熱量；
根據所述隧道窯質量模型和所述隧道窯的能源消耗模型，利用多目標方法，對所述隧道窯的燃燒質量Y(vx,vzk,h)和能耗Ixs(vx,vzk,h)建立所述隧道窯的能源消耗與質量的能源優化模型為:
其中，Vx、Vzk為燃氣和助燃風入口速度，h為隧道高度。
優選的，所述設定所述隧道窯的幾何網格模型的邊界條件，並根據隧道窯燃燒過程的湍流模型、PDF燃燒反應模型和DO輻射傳熱模型，建立隧道窯燃燒過程數學模型，包括：
設定所述隧道窯的幾何網格模型的固體壁邊界條件和氣流邊界條件，並根據所述隧道窯燃燒過程的湍流模型、PDF燃燒反應模型和DO輻射傳熱模型，通過對獲取到的不同工況參數進行所述隧道窯燃燒的過程數值模擬，計算獲得所述隧道窯的溫度場分布模擬和所述隧道窯的速度場分布模擬；
根據所述隧道窯的溫度場分布模擬和所述隧道窯的速度場分布模擬，建立所述隧道窯燃燒過程數學模型。
優選的，所述根據所述隧道窯燃燒數值模型進行仿真，得到所述隧道窯的燃燒過程中的相應溫度數據，通過所述溫度數據，對溫度均勻性係數y，第i組工況窯內第j個點的溫度值xij和第i組工況窯內的平均溫度x建立隧道窯燃燒質量模型，包括：
根據所述隧道窯燃燒數值模型進行仿真，獲得所述隧道窯的第i組工況窯內第j個點的溫度值和所述第i組工況窯的平均溫度，其中，所述i和j均為正整數；
根據所述隧道窯的第i組工況窯內第j個點的溫度值和所述第i組工況窯的平均溫度，通過公式計算獲得所述隧道窯的溫度均勻係數，其中，
xij為第i組工況窯內第j個點的溫度值，為第i組工況窯內的平均溫度，y為溫度均勻性係數；
採用神經網絡方法，分別建立所述隧道窯的溫度均勻係數與所述隧道窯的高度、燃氣入口速度和助燃風入口速度之間的關係模型；
根據所述隧道窯的溫度均勻係數與所述隧道窯的高度、燃氣入口速度和助燃風入口速度之間的關係模型，建立所述隧道窯燃燒質量模型。
優選的，所述根據所述隧道窯燃燒數值模型，利用熱平衡方法對所述隧道窯實際消耗能量Ixs建立所述隧道窯的能源消耗模型，包括：
根據所述隧道窯燃燒數值模型，計算獲得所述隧道窯的總輸入熱量Isr和所述隧道窯的總支出熱量Izc，其中，
Isr＝Qr+Qx+Qzk+Qyz；
Izc＝Qyt+Qsz+Qcp+Qrt；
式中，Qr為燃料燃燒的化學熱，Qx為燃料帶入的顯熱，Qzk為助燃風帶入顯熱，Qyz為窯車及製品帶入顯熱；Qyt為窯體散熱，Qsz為坯體水分蒸發和加熱水蒸氣耗熱，Qcp為製品帶走顯熱，Qrt為抽出熱風帶走顯熱；
計算所述隧道窯的總輸入熱量Isr和所述隧道窯的總支出熱量之間的差值Izc，將所述差值作為所述隧道窯的能源消耗Ixs；
利用熱平衡方法對所述隧道窯實際消耗能量Ixs建立所述隧道窯的能源消耗模型，其中，
Ixs＝Isr-Izc
式中，Isr為總輸入熱量，Izc為總支出熱量。
根據本發明的第二方面，提供了一種隧道窯燃燒過程參數優化配置裝置，該裝置包括：
幾何網格模型建立模塊，用於根據隧道窯的物理結構，建立隧道窯的數值幾何模型，並對所述數值幾何模型進行網格劃分，獲得所述隧道窯的幾何網格模型；
數學模型建立模塊，用於設定所述隧道窯的幾何網格模型的邊界條件，並根據隧道窯燃燒過程的湍流模型、PDF燃燒反應模型和DO輻射傳熱模型，建立隧道窯燃燒過程數學模型；
燃燒質量模型建立模塊，用於根據所述隧道窯燃燒數值模型進行仿真，得到所述隧道窯的燃燒過程中的相應溫度數據，通過所述溫度數據，對溫度均勻性係數y，第i組工況窯內第j個點的溫度值xij和第i組工況窯內的平均溫度建立隧道窯燃燒質量模型其中，i和j為正整數；
能源消耗模型建立模塊，用於根據所述隧道窯燃燒數值模型，利用熱平衡方法對所述隧道窯實際消耗能量Ixs建立所述隧道窯的能源消耗模型，其中，
Ixs＝Isr-Izc
式中，Isr為總輸入熱量，Izc為總支出熱量；
優化模型建立模塊，用於根據所述隧道窯質量模型和所述隧道窯的能源消耗模型，利用多目標方法，對所述隧道窯的燃燒質量Y(vx,vzk,h)和能耗Ixs(vx,vzk,h)建立所述隧道窯的能源消耗與質量的能源優化模型為:
其中，Vx、Vzk為燃氣和助燃風入口速度，h為隧道高度。
優選的，所述數學模型建立模塊，包括：
第一計算模塊，用於設定所述隧道窯的幾何網格模型的固體壁邊界條件和氣流邊界條件，並根據所述隧道窯燃燒過程的湍流模型、PDF燃燒反應模型和DO輻射傳熱模型，通過對獲取到的不同工況參數進行所述隧道窯燃燒的過程數值模擬，計算獲得所述隧道窯的溫度場分布模擬和所述隧道窯的速度場分布模擬；
第一建立模塊，用於根據所述隧道窯的溫度場分布模擬和所述隧道窯的速度場分布模擬，建立所述隧道窯燃燒過程數學模型。
優選的，所述燃燒質量模型建立模塊，包括：
第一獲取模塊，用於根據所述隧道窯燃燒數值模型進行仿真，獲得所述隧道窯的第i組工況窯內第j個點的溫度值和所述第i組工況窯的平均溫度，其中，所述i和j均為正整數；
第二計算模塊，用於根據所述隧道窯的第i組工況窯內第j個點的溫度值和所述第i組工況窯的平均溫度，通過公式計算獲得所述隧道窯的溫度均勻係數，其中，
xij為第i組工況窯內第j個點的溫度值，為第i組工況窯內的平均溫度，y為溫度均勻性係數；
第二建立模塊，用於採用神經網絡方法，分別建立所述隧道窯的溫度均勻係數與所述隧道窯的高度、燃氣入口速度和助燃風入口速度之間的關係模型；
第三建立模塊，用於根據所述隧道窯的溫度均勻係數與所述隧道窯的高度、燃氣入口速度和助燃風入口速度之間的關係模型，建立所述隧道窯燃燒質量模型。
優選的，所述能源消耗模型建立模塊，包括：
第三計算模塊，用於根據所述隧道窯燃燒數值模型，計算獲得所述隧道窯的總輸入熱量Isr和所述隧道窯的總支出熱量Izc，其中，
Isr＝Qr+Qx+Qzk+Qyz；
Izc＝Qyt+Qsz+Qcp+Qrt；
式中，Qr為燃料燃燒的化學熱，Qx為燃料帶入的顯熱，Qzk為助燃風帶入顯熱，Qyz為窯車及製品帶入顯熱；Qyt為窯體散熱，Qsz為坯體水分蒸發和加熱水蒸氣耗熱，Qcp為製品帶走顯熱，Qrt為抽出熱風帶走顯熱；
第四計算模塊，用於計算所述隧道窯的總輸入熱量Isr和所述隧道窯的總支出熱量之間的差值Izc，將所述差值作為所述隧道窯的能源消耗Ixs；
第四建立模塊，用於利用熱平衡方法對所述隧道窯實際消耗能量Ixs建立所述隧道窯的能源消耗模型，其中，
Ixs＝Isr-Izc
式中，Isr為總輸入熱量，Izc為總支出熱量。
相較於現有技術，本發明通過建立隧道窯的幾何網格模型，進而獲得了隧道窯燃燒過程數學模型，利用數值模擬方法，分別獲得了隧道窯燃燒質量模型和能源消耗模型，最終獲得了所述隧道窯的能源消耗與質量的能源優化模型，從而實現了隧道窯燃燒質量與能耗的多目標協同優化，及隧道窯燃燒過程中節能的目的。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例一提供的隧道窯燃燒過程參數優化配置方法的流程示意圖；
圖2為本發明實施例二對應的圖1所示S12步驟中的具體建立數學模型的流程示意圖；
圖3為本發明實施例二對應的圖1所示S13步驟中的具體建立隧道窯燃燒質量模型的流程示意圖；
圖4為本發明實施例二對應的圖1所示S14步驟中的具體建立隧道窯的能源消耗模型的流程示意圖；
圖5為本發明實施例二中均勻性係數與工況參數關係模型求解方案的示意圖；
圖6為本發明實施例二中基於熱平衡的能源消耗計算方案的示意圖；
圖7為本發明實施例二中隧道窯的能耗與質量關聯組合參數配置集方案的示意圖；
圖8為本發明實施例三提供的隧道窯燃燒過程參數優化配置裝置的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」和「第二」等是用於區別不同的對象，而不是用於描述特定的順序。此外術語「包括」和「具有」以及他們任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備沒有設定於已列出的步驟或單元，而是可包括沒有列出的步驟或單元。
實施例一
參見圖1為本發明實施例一提供的隧道窯燃燒過程參數優化配置方法的流程示意圖，該方法包括以下步驟：
S11、根據隧道窯的物理結構，建立隧道窯的數值幾何模型，並對所述數值幾何模型進行網格劃分，獲得所述隧道窯的幾何網格模型後，執行S12；
其中，根據隧道窯的物理結構，建立隧道窯的數值幾何模型，並對其進行網格劃分，可以基於現有商用幾何建模軟體來實現，常用的軟體有ProE、UG、Solidworks等，為了方便幾何模型後期網格劃分以及避免格式轉換，在本發明的實施例中優選採用ICEM CFD軟體進行隧道窯幾何建模及網格劃分。
S12、設定所述隧道窯的幾何網格模型的邊界條件，並根據隧道窯燃燒過程的湍流模型、PDF燃燒反應模型和DO輻射傳熱模型，建立隧道窯燃燒過程數學模型後執行S13或S14；
S13、根據所述隧道窯燃燒數值模型進行仿真，得到所述隧道窯的燃燒過程中的相應溫度數據，通過所述溫度數據，對溫度均勻性係數y，第i組工況窯內第j個點的溫度值xij和第i組工況窯內的平均溫度建立隧道窯燃燒質量模型其中，i和j為正整數；
S14、根據所述隧道窯燃燒數值模型，利用熱平衡方法對所述隧道窯實際消耗能量Ixs建立所述隧道窯的能源消耗模型，其中，
Ixs＝Isr-Izc
式中，Isr為總輸入熱量，Izc為總支出熱量；
需要說明的是，步驟S13和步驟S14均是基於步驟S12建立的隧道窯燃燒過程的數學模型後，分別建立了隧道窯燃燒質量模型和隧道窯的能源消耗模型，所以在實施了步驟S12後執行步驟S13或步驟S14並沒有先後順序之分。
S15、根據所述隧道窯質量模型和所述隧道窯的能源消耗模型，利用多目標方法，對所述隧道窯的燃燒質量Y(vx,vzk,h)和能耗Ixs(vx,vzk,h)建立所述隧道窯的能源消耗與質量的能源優化模型為:
其中，Vx、Vzk為燃氣和助燃風入口速度，h為隧道高度。
具體的，在步驟S15中，建立所述隧道窯的能源消耗與質量的能源優化模型主要是在軟體Matlab中開發的一種獨立的GUI模塊實現的，並利用遺傳算法等智能生物算法對其需求最優解，從而可以確定在質量約束下能耗最優的最佳參數配置。
根據本發明實施例一公開的技術方案，通過建立隧道窯的幾何網格模型，進而獲得了隧道窯燃燒過程數學模型，利用數值模擬方法，分別獲得了隧道窯燃燒質量模型和能源消耗模型，最終求解獲得了最佳的能耗與質量關聯組合參數配置集，從而實現了隧道窯燃燒質量與能耗的多目標協同優化，及隧道窯燃燒過程中節能的目的。
實施例二
參照本發明實施例一和圖1中所描述的S11到S15步驟的具體過程，在S11步驟中獲得所述隧道窯的幾何網格模型後，參見圖2為本發明實施例二中對應的圖1所示S12步驟中的具體建立數學模型的流程示意圖，圖1中步驟S12具體包括：
S21、設定所述隧道窯的幾何網格模型的固體壁邊界條件和氣流邊界條件，並根據所述隧道窯燃燒過程的湍流模型、PDF燃燒反應模型和DO輻射傳熱模型，通過對獲取到的不同工況參數進行所述隧道窯燃燒的過程數值模擬，計算獲得所述隧道窯的溫度場分布模擬和所述隧道窯的速度場分布模擬；
具體的，本發明針對衛生潔具陶瓷的隧道窯，模擬其內部溫度場，隧道窯內的氣體流動屬於湍流流動，其內部的氣體燃燒涉及到物理化學反應伴隨有大量的放熱，都術語湍流現象，在本發明的實施例中考慮到期特點採用了k-ε湍流模型，k-ε模型是完全假定流場是湍流，忽略分子之間的粘性。標準k-ε模型是只針對流場完全是湍流的有效，包括湍動能方程(1-1)和擴散方程(1-2)：
在上述方程中，Gk是在層流速度梯度基礎下產生湍流動能，Gb是通過浮力產生的湍流動能，YM是在可壓縮湍流中過度的擴散產生的波動，C1、C2、C3是常量，σk和σe是方程k和ε方程的普朗特數，k和ε分別為湍動能和湍流耗散率，Sk和Se是根據需求自定義的數值；
在本發明的實施例中模擬的燃燒反應中，燃氣和助燃風是從各自的區域進入反應區的，屬於非預混燃燒反應，所以採用的是PDF燃燒反應模型，該模型假設了反應是受混合速率所控制，即反應已達到化學平衡狀態，每個單元內的組分及其性質由燃料和氧化劑的湍流混合強度所控制，該模型主要包括平均混合分數方差守恆方程，其求解平均混合分數方程和平均混合分數方差的守恆方程分別為公式1-3和公式1-4：
公式(1-3)中，源項Sm定義為質量是燃料傳入氣相中的，Suser是用戶自定義源項；
公式(1-4)中，Zi為元素i的元素質量分數，下標ox為氧化劑進口值，下標fuel為燃料進口值，常數σt、Cε、Cd分別取0.85、2.86和2.0，Suser為用戶定義源項。
在高溫條件下隧道窯的換熱機制主要是輻射換熱，在相同的溫度下，輻射能力最大的是黑體。目前計算輻射傳熱的模型主要有五種：離散換熱輻射(DTRM)模型、P-1輻射模型、Rosseland輻射模型、表面輻射(S2S)模型和離散坐標輻射(DO)模型，不同的模型適用於不同的應用範圍，對計算機內存和CPU的要求也會有一定的差別。一般的，離散坐標輻射模型，即DO模型，是使用範圍最大的一種模型，該模型可以對所有光學厚度的輻射問題進行計算，而且計算範圍包括了半透明介質輻射、表面輻射和燃燒問題中的各種輻射問題。綜合考慮爐窯的各項特性及燒制的產品特性，本發明的實施例中採用使用範圍較廣、計算所需時間較短的DO輻射模型，縮短實驗時間及降低實驗工作量。
S22、根據所述隧道窯的溫度場分布模擬和所述隧道窯的速度場分布模擬，建立所述隧道窯燃燒過程數學模型。
在建立了所述隧道窯燃燒過程數學模型後，參見圖3及圖5，圖1中步驟S13具體包括：
S31、根據所述隧道窯燃燒數值模型進行仿真，獲得所述隧道窯的第i組工況窯內第j個點的溫度值和所述第i組工況窯的平均溫度，其中，所述i和j均為正整數；
S32、根據所述隧道窯的第i組工況窯內第j個點的溫度值和所述第i組工況窯的平均溫度，通過公式計算獲得所述隧道窯的溫度均勻係數，其中，
xij為第i組工況窯內第j個點的溫度值，為第i組工況窯內的平均溫度，y為溫度均勻性係數；
S33、採用神經網絡方法，分別建立所述隧道窯的溫度均勻係數與所述隧道窯的高度、燃氣入口速度和助燃風入口速度之間的關係模型；
S34、根據所述隧道窯的溫度均勻係數與所述隧道窯的高度、燃氣入口速度和助燃風入口速度之間的關係模型，建立所述隧道窯燃燒質量模型。
具體的，在本發明實施例二中，為了對隧道窯的燃燒質量進行定量分析，引用變異係數來評價不同工況下燃燒質量的均勻性。一般的，用來評價均勻性大都採用標準差或方差，但數值模擬實驗中其相關因素的測量尺度及量綱無法統一，為了消除測量尺度及量剛的影響，本發明的實施例中採用變異係數來評價均勻性，且均勻性係數定義為公式(1-5)。
在公式(1-5)中，xij為第i組工況窯內第j個點的溫度值，為第i組工況窯內的平均溫度，y為變異係數即溫度均勻性係數。
相應的，由於隧道窯燃燒過程中影響因素眾多，如何合理的設置參數將直接影響到溫度場的均勻性，在本發明的實施例二中採用神經網絡方法建立溫度均勻性係數與隧道窯高度h、燃氣入口速度vx和助燃風入口速度vzk之間的關係模型，並通過上述關係模型最終確立隧道窯燃燒質量模型。
在建立了所述隧道窯燃燒過程數學模型後，參見圖4及圖6，圖1中步驟S14具體包括：
S41、根據所述隧道窯燃燒數值模型，計算獲得所述隧道窯的總輸入熱量Isr和所述隧道窯的總支出熱量Izc，其中，
Isr＝Qr+Qx+Qzk+Qyz；
Izc＝Qyt+Qsz+Qcp+Qrt；
式中，Qr為燃料燃燒的化學熱，Qx為燃料帶入的顯熱，Qzk為助燃風帶入顯熱，Qyz為窯車及製品帶入顯熱；Qyt為窯體散熱，Qsz為坯體水分蒸發和加熱水蒸氣耗熱，Qcp為製品帶走顯熱，Qrt為抽出熱風帶走顯熱；
S42、計算所述隧道窯的總輸入熱量Isr和所述隧道窯的總支出熱量之間的差值Izc，將所述差值作為所述隧道窯的能源消耗Ixs；
S43、利用熱平衡方法對所述隧道窯實際消耗能量Ixs建立所述隧道窯的能源消耗模型，其中，
Ixs＝Isr-Izc
式中，Isr為總輸入熱量，Izc為總支出熱量。
具體的，參見圖4所示，隧道窯實際消耗能量為總輸入熱量Isr減去總支出熱量Izc，其中總輸入熱量包括燃料燃燒的化學熱Qr，燃料帶入的顯熱Qx，助燃風帶入顯熱Qzk，窯車及製品帶入顯熱Qyz四部分；總支出熱量包括窯體散熱Qyt，坯體水分蒸發和加熱水蒸氣耗熱Qsz，製品帶走顯熱Qcp，抽出熱風帶走顯熱Qrt四部分。各個部分熱量計算公式如下：
燃料燃燒化學熱Qr：
Mr＝vx×Ax (1-7)
上述公式(1-6)、公式(1-7)和公式(1-8)中，Vx為燃料的流速[m/s]，為燃料的拉低熱值[kj/m3]，Ax為燃料管道的橫截面積[m2]。
燃料帶入的顯熱Qx：
上述公式(1-9)中，Vx為燃料的流速[m/s]，Ax為燃料管道的橫截面積[m2]，Cx為燃料在入窯溫度下的比熱容[kj/(m3·℃]，txm為燃料在入窯時的溫度[℃]。
助燃風帶入顯熱Qzk：
Qzk＝vzk×Azk×tzk (1-10)
在上述公式(1-10)和公式(1-11)中，Vzk為助燃風在標準狀態下的流速[m/s]，Azk為助燃風管道的截面面積[m2]，Czk為助燃風在入窯溫度下的比熱容[kj/(m3·℃]，tzk為助燃風入窯的溫度[℃]。
窯車及製品帶入顯熱Qyz：
Qyz＝Qyc+Qsp＝myc×cyc×yyc+msp×csp×ysp (1-12)
上述公式(1-12)中，msp為每小時坯體進窯量[kg/h]，Csp為陶瓷坯體的比熱容[kj/(kg·℃]，tsp為坯體入窯的平均溫度[℃]，myx為每小時窯車進窯量[kg/h]，Cyc為窯車的比熱容[kj/(kg·℃]，tyc為窯車入窯的平均溫度[℃]。
窯體散熱Qyt(分別對窯牆和窯頂劃分測區，計算後全部相加即得全窯散熱)：
Qyt＝∑(qF)/Mcp (1-13)
公式(1-13)中，q為窯體測點處的熱流密度[kj/(m2·℃]，F為與q相應的測區面積[m2]，Mcp為出窯產品的總質量[kg]。
坯體水分蒸發和加熱水蒸氣耗熱Qsz：
Qsz＝(mx+my)×(2490+1.93×typ) (1-14)
公式(1-14)中，mx為每小時坯體入窯所含吸附水量[kg/h]，my為每小時坯體入窯所含結晶水量[kg/h]，typ為煙氣溫度[℃]。
製品帶出顯熱Qcp：
Qcp＝mcp×Ccp×tcp (1-15)
公式(1-15)中，mcp為每小時出窯產品數[kg/h]，tcp為產品出窯的平均溫度[℃]，Ccp為產品出窯的比熱[kj/(kg·℃]。
抽出熱風帶走顯熱Qrt：
公式(1-16)中，Vrt為單位產品抽出熱風量的體積[m3]，Art為窯爐橫截面面積[m2]，h為窯爐的高[m]，Crt為熱風的比熱[kj/(m3·℃]，Trt為熱風溫度[℃]。
綜合考慮上述各個部分熱量求解公式，即可確定隧道窯消耗總熱量為公式(1-17)：
在獲得了隧道窯燃燒質量模型和隧道窯的能源消耗模型後，參見圖7，通過在Matlab中開發的一種獨立的GUI模塊，該模塊集成了燃燒質量與能耗多目標優化模型，並利用遺傳算法等智能生物算法對其尋求最優求解，從而可以確定在質量約束下能耗最優的最佳參數配置，其中燃燒質量與能耗多目標具公式如公式(1-18)和公式(1-19)：
Y(vx,vzk,h)＝net(vx,vzk,h) (1-19)
公式(1-18)和公式(1-19)中，Vx、Vzk為燃氣和助燃風入口速度[m/s]；Ax、Azk為燃氣和助燃風管道橫截面積[m2]；tx、tzk為燃氣和助燃風入窯時的溫度[℃]；Cx、Ck為燃氣和助燃風在入窯溫度下的比熱容[kj/(m3·℃]；為燃氣低位熱值[kj/m3]；為熱風的比熱容[kj/(m3·℃]；Trt為熱風的溫度[℃]，Art為窯爐橫截面積[m2]；Q為其他熱量[j/h]；Y燃燒均勻性係數。
根據本發明實施例二公開的技術方案，通過建立隧道窯的幾何網格模型，進而獲得了隧道窯燃燒過程數學模型，利用數值模擬方法，根據具體的公式及軟體模擬分別獲得了隧道窯燃燒質量模型和能源消耗模型，最終求解獲得了最佳的能耗與質量關聯組合參數配置集，從而實現了隧道窯燃燒質量與能耗的多目標協同優化，及隧道窯燃燒過程中節能的目的。
實施例三
與本發明實施例一和實施例二所公開的隧道窯燃燒過程參數優化配置方法相對應，本發明的實施例三還提供了一種隧道窯燃燒過程參數優化配置裝置，參見圖8為本發明實施例三提供的隧道窯燃燒過程參數優化配置裝置的結構示意圖，該裝置具體包括：
幾何網格模型建立模塊301，用於根據隧道窯的物理結構，建立隧道窯的數值幾何模型，並對所述數值幾何模型進行網格劃分，獲得所述隧道窯的幾何網格模型；
數學模型建立模塊302，用於設定所述隧道窯的幾何網格模型的邊界條件，並根據隧道窯燃燒過程的湍流模型、PDF燃燒反應模型和DO輻射傳熱模型，建立隧道窯燃燒過程數學模型；
燃燒質量模型建立模塊303，用於根據所述隧道窯燃燒數值模型進行仿真，得到所述隧道窯的燃燒過程中的相應溫度數據，通過所述溫度數據，對溫度均勻性係數y建立隧道窯燃燒質量模型，其中，
式中，xij為第i組工況窯內第j個點的溫度值，為第i組工況窯內的平均溫度；
能源消耗模型建立模塊304，用於根據所述隧道窯燃燒數值模型，利用熱平衡方法對所述隧道窯實際消耗能量Ixs建立所述隧道窯的能源消耗模型，其中，
Ixs＝Isr-Izc
式中，Isr為總輸入熱量，Izc為總支出熱量；
優化模型建立模塊305，用於根據所述隧道窯質量模型和所述隧道窯的能源消耗模型，利用多目標方法，對所述隧道窯的燃燒質量Y(vx,vzk,h)和能耗Ixs(vx,vzk,h)建立所述隧道窯的能源消耗與質量的能源優化模型為:
其中，Vx、Vzk為燃氣和助燃風入口速度，h為隧道高度。
具體，所述數學模型建立模塊302包括：
第一計算模塊3021，用於設定所述隧道窯的幾何網格模型的固體壁邊界條件和氣流邊界條件，並根據所述隧道窯燃燒過程的湍流模型、PDF燃燒反應模型和DO輻射傳熱模型，通過對獲取到的不同工況參數進行所述隧道窯燃燒的過程數值模擬，計算獲得所述隧道窯的溫度場分布模擬和所述隧道窯的速度場分布模擬；
第一建立模塊3022，用於根據所述隧道窯的溫度場分布模擬和所述隧道窯的速度場分布模擬，建立所述隧道窯燃燒過程數學模型。
同時，所述燃燒質量模型建立模塊303包括：
第一獲取模塊3031，用於根據所述隧道窯燃燒數值模型進行仿真，獲得所述隧道窯的第i組工況窯內第j個點的溫度值和所述第i組工況窯的平均溫度，其中，所述i和j均為正整數；
第二計算模塊3032，用於根據所述隧道窯的第i組工況窯內第j個點的溫度值和所述第i組工況窯的平均溫度，通過公式計算獲得所述隧道窯的溫度均勻係數，其中，
xij為第i組工況窯內第j個點的溫度值，為第i組工況窯內的平均溫度，y為溫度均勻性係數；
第二建立模塊3033，用於採用神經網絡方法，分別建立所述隧道窯的溫度均勻係數與所述隧道窯的高度、燃氣入口速度和助燃風入口速度之間的關係模型；
第三建立模塊3034，用於根據所述隧道窯的溫度均勻係數與所述隧道窯的高度、燃氣入口速度和助燃風入口速度之間的關係模型，建立所述隧道窯燃燒質量模型。
具體的，所述能源消耗建立模塊304包括：
第三計算模塊3041，用於根據所述隧道窯燃燒數值模型，計算獲得所述隧道窯的總輸入熱量Isr和所述隧道窯的總支出熱量Izc，其中，
Isr＝Qr+Qx+Qzk+Qyz；
Izc＝Qyt+Qsz+Qcp+Qrt；
式中，Qr為燃料燃燒的化學熱，Qx為燃料帶入的顯熱，Qzk為助燃風帶入顯熱，Qyz為窯車及製品帶入顯熱；Qyt為窯體散熱，Qsz為坯體水分蒸發和加熱水蒸氣耗熱，Qcp為製品帶走顯熱，Qrt為抽出熱風帶走顯熱；
第四計算模塊3042，用於計算所述隧道窯的總輸入熱量Isr和所述隧道窯的總支出熱量之間的差值Izc，將所述差值作為所述隧道窯的能源消耗Ixs；
第四建立模塊3043，用於利用熱平衡方法對所述隧道窯實際消耗能量Ixs建立所述隧道窯的能源消耗模型，其中，
Ixs＝Isr-Izc
式中，Isr為總輸入熱量，Izc為總支出熱量。
在本發明實施例三中，根據幾何網格模型建立模塊建立了隧道窯的幾何網格模型，並通過數學模型建立模塊建立了隧道窯燃燒過程數學模型，在隧道窯燃燒過程數學模型建立後，利用數值模擬方法，根據具體模塊分別獲得了隧道窯燃燒質量模型和能源消耗模型，最終通過參數配置集建立模塊求解獲得了最佳的能耗與質量關聯組合參數配置集，從而實現了隧道窯燃燒質量與能耗的多目標協同優化，及隧道窯燃燒過程中節能的目的。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。