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炼厂加热炉的优化控制

炼厂加热炉的优化控制 2011： 摘要：为了节约能源提高加热炉的热效率而提出的加热炉的优化方案，该方案是基于DCS控制系统的一个优化控制。关键词：DCS APM APM/CL 烟气氧含量无标题文档

炼油厂如今的加热炉的控制方案大多是：燃料压力与炉出口温度串级；炉膛负压控制烟道档板的单回路调节。这种控制虽然对加热炉的热效率有所提高，但还不能使原有的测量设备得到充分的开发，并使热效率得到更好的提高。　　为提高热效率问题，不仅要工艺改造，如使加热炉充分密闭，热量损失减小；燃料控制操作及时等，而且还要设计一个切实可行的自控方案，使加热炉能一直维持在高效率的情况下运行。为此自控方案应满足以下几项要求：

1、对烟气氧含量和排烟温度的测量，利用数学模型，通过DCS系统计算出加热炉的热效率，并CRT数字显示，操作员能直观读数。

2、氧含量测量元件-氧化锆，要采用进口设备，便于控制，干扰小。

3、对加热炉要求能够控制，为了平稳控制须加限幅。

4、由于影响加热炉的热效率参数较多，应逐个找出，加以控制。其中供风量；炉膛负压；炉膛温度等。

对于加热炉来说，燃烧燃料所放出的热量，一部分被加热的原料吸收，另一部分被烟道烟气带走、炉体散热、以及不完全燃烧燃料等损失。为提高热效率，必须对损失的能量加以改善。

加热炉热效率与加热炉的过剩空气系数α（即实际空气量与理论空气量之比）、供风量、氧含量、一氧化碳含量有直接关系。当过剩空气系数α=1.0，氧含量正好，燃料充分燃烧；α〈1.0氧含量降低，燃料不能充分燃烧，co含量增加，热效率降低，并有爆炸危险；α〉1.0氧含量增加，燃料充分燃烧，但大量空气把热量带走，热效率降低。根据控制理论，α=1.02～1.10范围内是低过剩空气区，即最佳燃烧区，此时加热炉热效率最高。过剩空气系数控制该范围内，不仅实现低氧燃烧，提高热效率，降低能耗，而且能减少环境污染。

一、加热炉控制方案及数学模型

加热炉的重要参数有：1、烟气氧含量是重要参数，可间接反映燃烧的热效率；2、烟气一氧化碳含量，当加热炉在最高效率时，一氧化碳可忽略不计；3、炉膛负压；4、烟道温度，该温度要尽量低，减少能量损失，但不能低与180℃，以免设备腐蚀；5、炉管表面温度、进料流量、燃料压）力、炉出口温度等。

根据加热炉热效率工艺特点，采用下列数学模型：

η=122.64-16.2α-0.0588Υ

α=1.019+1.987O +67.23(O )

其中Υ-排烟温度（℃）

O -烟气中 O百分比（ % ）

为实现低氧燃烧，过剩空气系数α必须控制在α =1.02～1.10之间。

根据以上两方程式，整理出下列方程式：

η=106.13 -32.19O-1089.13(O)-0.0588Υ

即热效率η与 O含量（%）、排烟温度（℃）二元二次方程，其中氧含量由氧化锆测量Υ由热偶测量。

为了满足加热炉热效率，最好的约束条件是:

a<O <b;T>d;P>=e

其中a、b、d、e为常数，根据工艺的操作情况确定。当 O>b 时，氧含量过大，烟气量大，热量损失大；当 O<a时，氧含量偏小，燃料燃烧不充分，燃料损失大。烟气温度 T必须大于露点温度，否则空气中水蒸气腐蚀设备。炉膛负压 P>=e，通过烟道档板调节负压，控制氧含量。

以上的控制方案采用约束控制，该控制方案由DCS系统中APM 利用APM/CL(APM控制语言）进行编程来实现。如果该约束控制方案中任何一个参数超过规定值，那么利用DCS系统对其被控的输出信号加以校正。校正初定值为原来的输出信号的5%，直到约束条件满足为止。通过这个约束控制来提高加热炉的热效率。

DCS系统对于控制参数来说是最理想，它精度高、直观、可靠性高、利于维护等。

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