冷却壁结构模型的用水量优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业循环水领域，特别地，涉及一种冷却壁结构模型的用水量优化方 法。
【背景技术】
[0002] 目前大部分工矿企业的循环水系统只停留在保证生产的水平上，由于种种原因， 大多数循环水系统在运行过程中能量并没有得到充分利用，能效较低，能耗较高，其能量利 用率，只达到了 25 %~40 %。
[0003] 高炉是炼铁厂的主要工艺设备，最具代表性的冷却壁结构模型的冷却设备，高炉 本体冷却设备主要有冷却壁形式和冷却壁加冷却板的板壁结合形式。冷却控制主要是控制 冷却壁的壁面温度，据了解，工业窑（高）炉在正常运行时普遍存在冷却壁面温度过低，造成 冷却水用水量过大的现象。工业窑(高)炉本体冷却的过程主要是冷却壁的导热过程和冷却 水的管内强制对流换热过程，经过对通过水冷壁冷流道的冷却水运行流量和进出水温度的 测量以及水冷壁的有关尺寸的了解，就可以对冷却壁的合理用水进行精确计算，且冷却壁 材质不受限制。
[0004] 因此，对于窑炉冷却水用水量过大的现象，是一个亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种冷却壁结构模型的用水量优化方法，以解决窑炉冷却水用水量 过大的技术问题。
[0006] 本发明采用的技术方案如下：
[0007] 用水量优化方法包括步骤：
[0008] 获取窑炉中每列冷却壁的冷却壁参数；
[0009] 根据获取的每列冷却壁的冷却壁参数，计算出每列冷却壁的冷却水合理用量； [0010]以计算出的冷却水合理用量为参考数据，将每列冷却壁作为优化对象，调节整个 冷却壁的给水量。
[0011] 进一步地，所述将每列冷却壁作为优化对象的步骤包括：
[0012] 对冷却壁连接管进行优化重置，将相等或近似相等的冷却水流量的冷却壁组合成 在同一列。
[0013] 进一步地，对冷却壁连接管进行优化重置的步骤包括：
[0014] 将每行冷却壁间的冷却壁连接管设置为每列串联形式，使流过同一行的N块冷却 壁的冷却水流量相等。
[0015] 进一步地，冷却壁参数包括冷却壁运行参数、冷却壁物性参数和冷却壁尺寸，获取 窑炉中每列冷却壁的冷却壁参数的步骤包括：
[0016] 获取窑炉中每列冷却壁的冷却壁运行参数、冷却壁物性参数和冷却壁尺寸。
[0017] 进一步地，冷却壁运行参数包括冷却水流量、冷却水回水温度、冷却水温差和冷却 壁热流密度，获取窑炉中每列冷却壁的冷却壁运行参数的步骤包括：
[0018] 获取窑炉中每列冷却壁的冷却水流量、冷却水回水温度、冷却水温差和冷却壁热 流密度。
[0019] 进一步地，冷却壁物性参数包括冷却水比热、冷却水导热系数、冷却水运动粘度、 努谢尔特数、普朗特数、冷却壁形状因子和冷却壁导热系数，获取窑炉中每列冷却壁的冷却 壁物性参数包括：
[0020] 获取窑炉中每列冷却壁的冷却水比热、冷却水导热系数、冷却水运动粘度、努谢尔 特数、普朗特数、冷却壁形状因子和冷却壁导热系数。
[0021] 进一步地，冷却壁尺寸包括冷却壁水道长度、冷却壁水道通径、冷却壁水道中心 距、冷却壁面到水道中心厚度和冷却壁水道数量，获取窑炉中每列冷却壁的冷却壁尺寸的 步骤包括：
[0022] 获取窑炉中每列冷却壁的冷却壁水道长度、冷却壁水道通径、冷却壁水道中心距、 冷却壁面到水道中心厚度和冷却壁水道数量。
[0023] 进一步地，根据获取的每列冷却壁参数，计算出每列冷却壁的冷却水合理用量的 步骤包括：
[0024] 获取每列冷却壁中热流量最大的冷却壁面温度；
[0025] 以每列冷却壁中热流量最大的冷却壁面温度为基准，计算出每列冷却壁的冷却水 合理用量。
[0026] 进一步地，冷却壁面温度由下列公式获得：
[0027]
[0028] 其中，Twl为冷却壁面温度，Q为热流量，λ?为冷却壁导热系数，S1为形状因子，α为冷 却水换热系数，F2为水冷壁水流通道面积，tl为冷却壁冷却水进口水温，t2为冷却壁冷却水 出口水温。
[0029] 进一步地，以计算出的冷却水合理用量为参考数据，将每列冷却壁作为优化对象， 调节整个冷却壁的给水量的步骤包括：
[0030] 以计算出的冷却水合理用量为参考数据，对每列的冷却壁的冷却水连接管阀进行 重置，若冷却壁面温度达到设定的温度阈值上限时，记录每列的冷却水用量为该列最佳优 化用水流量；
[0031] 根据每列最佳优化用水流量，计算出整个冷却壁的最佳优化用水流量。
[0032] 本发明具有以下有益效果：
[0033] 本发明根据窑炉各段冷却壁热流量的不同，把整个冷却壁的冷却看作一个总系统 进行研究，通过对冷却水合理用量计算和冷却壁的优化，使冷却水的用量更加合理，达到节 约用水、降低能耗的效果。
[0034] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。 下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0035] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0036]图1高炉冷却壁冷却示意图；
[0037]图2是高炉冷却壁的几何形式；
[0038] 图3是本发明冷却壁结构模型的用水量优化方法一优选实施例的流程示意图；
[0039] 图4是高炉冷却壁的冷却水连接管优选实施例示意图。
【具体实施方式】
[0040] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0041] 参照图1，本发明提供了一种高炉冷却壁系统，包括冷却壁进水阀1、冷却壁进水支 管2、冷却壁3、冷却壁面温度监测热电偶4、冷却壁出水支管5、冷却壁出水阀6、冷却壁出水 流量监测流量计7、冷却壁出水水温监测热电偶8和冷却壁进水水温监测热电偶9。
[0042] 如图2所示，图2是高炉冷却壁的几何形式，其中，Twl为冷却壁面温度，Tw2为冷却 壁水流通道壁面温度，d为水冷壁水流通道通径，b为冷却壁水流通道中心距，h为冷却壁面 到水流通道中心厚度。
[0043] 如图3所示，本发明实施例提供的冷却壁结构模型的用水量优化方法，包括步骤：
[0044] 步骤S100、获取窑炉中每列冷却壁的冷却壁参数。
[0045] 根据窑炉的冷却壁按行列布置规律，获取窑炉中每列冷却壁的冷却壁参数，冷却 壁参数包括冷却壁运行参数、冷却壁物性参数和冷却壁尺寸，冷却壁运行参数包括冷却水 流量、冷却水回水温度、冷却水温差和冷却壁热流密度，冷却壁物性参数包括冷却水比热、 冷却水导热系数、冷却水运动粘度、努谢尔特数、普朗特数、冷却壁形状因子和冷却壁导热 系数，冷却壁尺寸包括冷却壁水道长度、冷却壁水道通径、冷却壁水道中心距、冷却壁面到 水道中心厚度和冷却壁水道数量。
[0046] 步骤S200、根据获取的每列冷却壁的冷却壁参数，计算出每列冷却壁的冷却水合 理用量。
[0047] 根据的获取窑炉中每列冷却壁的冷却壁参数，计算出每列冷却壁的冷却壁面温 度，以每列冷却壁中热流强度最大的冷却壁面温度Twl为基准，计算出每列冷却壁的冷却水 合理用量。
[0048]步骤S300、以计算出的冷却水合理用量为参考数据，将每列冷却壁作为优化对象， 调节整个冷却壁的给水量。
[0049] 冷却壁结构冷却的窑炉，共有n Xm块冷却壁，由η行m列构成。由于冷却窑炉各段热 负荷不同，每块冷却壁的热流强度都不相同，各块冷却壁的壁面温度Twl也不尽相等，所以 每块冷却壁所需冷却水量也不尽相同。对冷却壁连接管进行优化重置，将相等或近似相等 的冷却水流量的冷却壁组合成在同一列，将每行冷却壁间的冷却水连管设置为每列串联形 式，则对于流过同一列η块冷却壁的水流量Mv相等，整个冷却壁系统的水流量为Σ i=mMVi。
[0050] 以计算出的冷却水合理用量为参考数据，将每列冷却壁作为优化对象，对其进行 最佳流量优化，按照不超过技术文件要求的冷却壁面温度范围上限值为预定的规则，对每 列冷却壁的水流量进行调节，达到最佳优化用水流量，该列最佳优化流量为Mvj，整个冷却 壁系统的最佳优化水流量为Σ i=mMv j i。
[0051] 本实施例提供的冷却壁结构模型的用水量优化方法，根据窑炉各段冷却壁热流量 的不同，把整个冷却壁的冷却看作一个总系统进行研究，通过冷却水