(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111643650.4 (22)申请日 2021.12.2 9 (71)申请人 河北省特种设备监 督检验研究院 地址 050200 河北省石家庄市鹿泉区上庄 大街河北质检监测中心10 栋 (72)发明人 李宁　赵建发　孙朝霞　王丽敏　 白鑫　牛锦涛　刘雪玲　 (74)专利代理 机构 北京思格 颂知识产权代理有 限公司 1 1635 专利代理师 杨超　潘珺 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法 (57)摘要 本发明涉及一种富氧燃烧锅炉最佳工况的 寻优方法， 包括如下的步骤： 在Ansys  Fluent中 基于富氧燃烧锅炉构造和尺寸， 选择流体动力学 模型， 确定进行数值模拟计算需要输入的工况参 数， 确定通过数值模拟计算输出的结果； 利用 MATLAB中的遗传算 法， 根据所确定的需要输入的 工况参数， 确定变量个数和限制范围， 生成初始 种群， 并设定Ansys  Fluent数值模拟计算中的工 况参数； 构建锅炉燃烧的数值模拟计算模型； 构 建以锅炉有效利用热量、 火焰中心位置、 火焰最 高温度和锅炉热效率四个参数为优化目标参数 的Pareto前沿多目标优化模型， 设定终止条件， 进行多目标优化计算， 获得最佳工况参数。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114510885 A 2022.05.17 CN 114510885 A 1.一种富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法， 基于Ansys  Fluent和MATLAB协同仿真实 现， 包括如下的步骤： 步骤1： 在Ansys  Fluent中基于富氧燃烧锅炉构造和尺寸， 选择流体动力学模型， 确定 进行数值模拟计算需要输入的工况参数， 确定通过数值模拟计算输出 的结果， 所确定的通 过数值模拟 计算输出的结果包括： 锅炉有效利用热量、 火焰中心 位置、 火焰最高温度和锅炉 热效率四个参数； 步骤2： 利用MATLAB中的遗传算法， 步骤1所确定的需要输入的工况参数， 确定变量个数 和限制范围， 生成初始种群， 并设定Ansys  Fluent数值模拟计算中的工况参数； 步骤3： 在Ansys  Fluent中构建锅炉燃烧的数值模拟计算模型， 利用所构建的数值模拟 计算模型开始数值模拟计算并输出计算结果； 步骤4： 根据步骤3输出的计算结果， 在MATLAB中的遗传算法中构建以锅炉有效利用热 量、 火焰中心位置、 火焰最高温度和锅炉热效率四个参数为优化目标参数的Pareto前沿多 目标优化模型， 设定终止条件， 进行多目标优化计算； 步骤5： 若不满足步骤4所设定的终止条件， 种群产生变异， 并进行交叉选择， 根据已有 结果筛除掉不利变异之后返回步骤3进行计算， 直至满足的终止条件， 结束变异， 输出最优 结果， 获得最佳工况参数。 2.根据权利要求1所述的富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法， 其特征在于， 步骤1中， 所 确定的进行数值模拟计算需要输入 的工况参数包括： O2和CO2的比例即k： (1 ‑k)； 一次风风 量、 二次风 风量和三次风 量的比例即a： b： (c＝1 ‑a‑b)。 3.根据权利要求2所述的富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法， 其特征在于， 步骤4中， 构 建Pareto前沿多目标优化模型的具体步骤如下： (1)将锅炉有效利用热量、 火焰中心位置、 火焰最高温度和锅炉热效率四个参数作为优 化目标表示如下： fj,j＝1,2,3,4                            (1) 其中， j表示优化目标参数序号， f1,f2,f3,f4分别表示锅炉有效利用热量、 火焰中心位 置、 火焰最高温度和锅炉热效率； 数值模拟计算得到的结果 集表示如下： fij,i＝1,2,3, …,n； j＝1,2,3,4                      (2) 其中， i代表不同的种群个体， 共有n个， fi1,fi2,fi3,fi4分别表示种群中不同个体的锅炉 有效利用热量、 火焰中心位置、 火焰最高温度和锅炉热效率取值； (2)采用空气燃烧得到的锅炉有效利用热量Q0、 火焰中心位置h0、 火焰最高温度T0和锅 炉热效率 η0设定为目标值， 分别表示如下： (3)将目标值进行无量纲化处理， 表示为 对结果数据集进行无量纲化处理， 表示为 Fij；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114510885 A 2(4)计算工况参数下的计算结果与目标值之间的接近程度， 越接近目标值， 则代表越接 近最优结果， 接 近程度计算如下 所示： 设定终止计算值d*， 设置终止条件为计算结果与目标值之间的接近程度dij小于等于终 止计算值d*； 满足终止条件时， 得到计算结果与目标值之间的最小距离； 选择最小距离S*所 对应的种群 个体， 以及其所对应的k、 a、 b和c值， 获得最佳工况参数。 4.根据权利要求3所述的富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法， 其特征在于， 步骤(3)进 行目标值无量纲化处 理的公式如下： 5.根据权利要求4所述的富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法， 其特征在于， 步骤(3)进 行目标值无量纲化处 理的公式如下： 6.根据权利要求5所述的富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法， 其特 征在于， 终止计算 值 7.根据权利要求1所述的富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法， 其特征在于， 所选择的流 体动力学模 型包括N‑S方程、 湍流Realizable  k‑ε模型、 欧拉 ‑拉格朗日方法随机轨道模型、 两步竞争反应速率模型、 P1辐射传热模型和湍流 化学反应模型。 8.根据权利要求1所述的富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法， 其特征在于， 所述的湍流 化学反应模型为涡耗散 EDM模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114510885 A 3