【关键词】：常压装置；加热炉；节能降耗
引言
加热炉是石油、化工行业中重要的加热设备，也是能耗最大的装置，因此，在设计加热炉控制系统时，在达到产品工艺要求、满足产品质量的前提下，提高加热炉的控制精度、实现加热炉的经济燃烧和优化对降低生产成本、提高经济效益有很大的意义。同时，实现燃料的充分燃烧，这将会减少有害气体的排放，达到减排的目的，对提高社会效益具有很大的意义。
1、常压加热炉工艺分析
常压装置加热炉的构成中，如图1所示，它一般由进风机构（鼓风机、进风挡板）、烟道挡板、火嘴、加热炉管等几部分组成，被加热的原料经过进料总管进入到加热炉炉膛内的加热管中，原料经加热达到一定的工艺要求后就会经过出料管流出，在加热炉加热工艺中，烟道挡板开度、进风挡板开度、出口温度、炉膛负压、烟道氧含量和瓦斯流量、压力等几个主要的工艺参数。在这其中，出口温度是最主要的控制参数，它的高低不仅影响到产品质量的好坏，还会对后续工艺产生一定的影响。
.png)
图1 常压加热炉结构
2、常压装置常压加热炉节能降耗
2.1加热炉出口温度控制
加热炉出口温度的有效控制可以减少这一过程中的热散失，达到良好的节能效果，影响出口温度的因素包括原油的进料总量与燃料的流量。在控制中，由于生产任务的需求，不能将原油进料总量作为控制量进行调节的。因此，将原油进料总量作为前馈量，以出口温度作为反馈量，将燃料流量作为控制量，去掉炉膛温度这一过程，并且将可测干扰作为前馈显式引入，如此可以减少由于炉膛温度的不精确造成的影响，但这并没有去除因负荷等因素的变化而带来的系统参数的时变性，负荷等因素的变化仍然表现出对燃料出口温度模型参数的影响。当负荷增加时，炉膛温度会降低，出口温度随之降低，同样，当负荷减小时，炉膛温度升高，出口温度也会升高，这样的变化反馈会引起燃料流量的增大或减少，从而控制出口温度，使其保持在设定值附近。这种由于工作点的变化引起的系统非线性时变特性会同时伴随着燃料调节本身的非线性变化。燃料流量的调节是直接通过阀位来进行调节的，燃料阀位增大或者减小燃料流量就会增大或者减小，但燃料流量与燃料阀位的关系并不是那么简单，在不同的压力下，它们之间的关系并不一样，而且，在进行阀位调节时，会引起燃料压力的变化，因此，对燃料流量的控制呈现出非线性的变化。尤其对于那些以气体为燃料的加热炉，这种非线性表现的尤为明显。燃料压力的变化不仅会影响到燃料的流量，同样还会影响到燃料的燃烧情况，所以，在实际调节中就要求对燃料阀位进行尽量小幅度的调节。针对这种情况就要求控制算法有较好的快速性和稳定性。预测控制对模型失配有着较好的稳定性，但在温度工作点发生较大幅度的变化时，对系统引入自校正模型参数是比较好的选择。
2.2提高加热炉热效率
2.2.1根据燃料类型选择新型燃烧器
燃烧器主要由喷头、调风口和火道三个部分组成，调风口使得空气进入火道和加热炉炉膛，并形成旋流式空气动力场，与喷头喷出的燃料气体进行充分的混合，促使燃料的完全燃烧。混合的越合适，燃烧的效率就越高。所以，采用合适的新型燃烧器可以有效地提高燃料的燃烧效率。
2.2.2预热空气
对进入加热炉之前的空气进行加热不仅可以回收余热，而且可以促进燃料的燃烧速度，避免燃料的浪费。加热炉回收烟气余热的方法很多，在选用中要根据具体的实际情况、所具有的条件而定。我国现在采用的各种余热回收系统，一般情况下可以使加热炉的热效率达到85%以上。
2.2.3控制过剩空气系数
燃料是否能够得到充分的燃烧，燃料热效率的高低，在很大程度上取决于空气的供给量是否合适。大多数的情况下，在加热系统燃烧器选定并且投入余热回收系统的条件下，提高燃料燃烧热效率的有效可行途径是对空气过剩空气系数进行控制。在实际条件下，燃料燃烧时所需的空气供给量都必须大于所计算出的理论值，也就是说，只有在一定的过剩空气系数下，燃料燃烧才能达到较高的燃烧热效率。但是，当空气过量时就会使大量的热量随空气流失，造成热量损失严重，特别是在排烟温度较高时，过剩空气系数对加热炉燃烧热效率的影响将会变得更大。针对上述情况，为了使加热炉燃料燃烧能在恰当的过剩空气系数条件下长期稳定的运行，需要通过仪器分析仪对烟道排出气体成分含量进行监测，一般情况下，选择氧气含量或者是一氧化碳含量。当对烟道氧含量进行监测时选择氧化锆分析仪，对烟道一氧化碳进行监测时选择一氧化碳在线分析仪。由于一氧化碳在线分析仪价格比较昂贵，所以被选用的很少，大多数都是采用的烟道氧含量检测。
2.3烟道氧含量控制方案
道氧含量是反映燃料燃烧状况好坏的重要参数，炉膛温度、炉出口温度、燃料量等对烟道氧含量有直接影响，由于这些因素在烟道氧含量控制回路中不能进行控制，所以作为前馈量进行前馈补偿，根据燃料量的大小对进风风量进行补偿是控制回路能快速响应因负荷突然的变化而引起的燃料量的变化，这就成功避免了燃料因负荷突然变化造成燃烧状况变得不佳的情况。加热炉在运行过程中，操作人员每隔一段时间会通过炉孔观察加热炉的燃烧情况，如果发现那一路的火嘴燃烧状况不好，就会到加热炉炉底调节进风量手动调节阀，这样就会引起烟道氧含量与进风阀门之间模型的变化，而且在加热炉燃烧状况不断变化，采用固定的模型进行控制，也许在某段时间会取得较为理想的效果，但是，一旦出现系统工况发生较大变化的情况，控制效果就会变的恶化。在控制中引入模型自校正控制是一个很好的解决办法，当工作点发生大幅度的漂移时，通过在线辨识系统模型，得到新的模型参数，重新设计控制器参数，再通过新的控制器参数对控制对象进行控制，可以取得较好的控制效果。
3结语
热炉在石油化工行业中被广泛的使用，其加热控制效果直接决定了产品的品质。尤其在炼油行业中，加热炉能耗大，对加热产品品质要求高，而且在加热炉控制系统中存在较大的滞后，控制量易受干扰，因而，要通过控制出口温度，提高燃烧效率，控制烟道含氧量等措施降低常压炉能耗，提高常压炉热效率。
参考文献
[1]高维平，刘谦.吉化炼油厂第二常减压换热网络的优化节能研究[J].吉林化工学院学报，2000， 17（4）： 1-8.
论文作者:杨坤
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年4期
论文发表时间:2020/4/22
标签：加热炉论文; 燃料论文; 温度论文; 炉膛论文; 热效率论文; 含量论文; 空气论文; 《工程管理前沿》2020年4期论文;