浅谈工业加热炉主要仪表控制回路

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1、浅谈工业加热炉主要仪表控制回路【摘要】加热炉的出口温度、炉腌压力、燃烧效率等控制回路是加热炉最重耍的控制回路，是加热炉复杂控制及自动控制的基础，只靠单回路控制系统己经无法满足加热炉丁艺生产的要求，加热炉的复杂控制系统对加热炉安全稳定、高效的运行起到重要的作用。【关键词】加热炉、温度、炉膛压力、燃烧效率、控制回路【中图分类号1TP273【文献标识码】A【文章编号11672-5158（2013）04-0141-021、加热炉介绍加热炉是工业生产中将物料或工件加热的设备，是工业中非常常见的加热设备，是利用燃料在炉腌内燃烧时产生高温火焰与烟

2、气的热能加热炉管或传送带上物料、元件等，使其达到后续工艺过程所要求的温度或在炉管中进行化学反应。其普遍应用于石油、化丁、冶金、机械、热处理、建材、材料、轻工、制夯等诸多行业领域。加热炉根据不同类型所分类也非常多，其中主要的分类为：按热源划分冇燃料加热炉（固体、液体、气体）、电能加热炉（电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉）；按照炉子的作业方式分为：直接加热方式（焚烧炉、平炉、转炉等）;间接加热方式（辐射炉、感应炉等）；按照结构及安装方式分为：圆筒炉、立式加热炉，卧式加热炉、大型方炉等;按照用途分为：焚烧炉；物料加热炉；裂解炉；炼铁炉；

3、轧钢锻造炉;热处理炉；水泥窑炉；陶瓷窑炉，玻璃窑炉等；按燃烧方式分为：直火焰式、附墙火焰式、无焰燃烧式等；按燃烧器布置方式分为：底烧、顶烧、侧烧、顶侧烧式等。2、管式加热炉结构及控制原理在石油化工领域，加热炉已经成为合成气、加氢裂化、加氢精制、乙烯裂解等牛产过程中进行原料热处理、石脑油裂解、加氢转化反应等的重耍设备，对整套产品装置的质量、效率、能耗及安全运转起着重耍作用。根据石油化工领域工艺过程的特点及要求，这种加热炉主要以管式加热炉为主，石化装置加热炉炉管内流动的物料通常是高温、高压、易燃、易爆的怪类物质；被加热介质或物料易在炉管

4、内结焦；炉膛温度和物料温度的控制要求高；加热方式以直接受火底烧式为主；主要燃料为易燃易爆的液体或气体燃料；危险性人；操作条件苛刻；并需要长周期连续运转。本文以管式加热炉为例，重点介绍工业加热炉的出口温度、炉膛压力、燃烧效率等几个重要控制回路。根据加热炉的结构可以看岀，管式加热炉的主要结构由燃烧器、辐射室、炉管、对流室、余热回收系统及烟道系统组成。根据工艺耍求的不同，加热炉的工艺控制参数也有很大的不同，但总体来看，加热炉的主要控制回路包括•炉膛温度控制，炉膛压力控制，炉管物料出口温度控制，物料流量控制，加热燃烧率控制等主要控制冋路，如

5、图二加热炉主要控制対象图。为了保证加热炉燃烧的温度、物料的加热温度、压力及流量等满足工艺产品的要求,加热炉的控制要求非常严格，随着自动化仪表及控制系统的发展，特别是PLC系统、DCS系统和总线系统等集成化、大型化工业控制系统的成熟应用，加热炉的自动控制系统也进一步得到提高和完善。但釆用单回路控制系统往往很难满足工艺耍求，因为当加热炉将工艺介质从加热到数百度甚至一千度以上时，加热炉的热负荷会很大。当燃料供给的压力或炉管中物料的热值有变化时，就会引起加热炉出口温度的明显变化。如只采用单回路控制，当加热量改变后，由于传递滞后及测量滞后较大

6、，控制作用不及时，而使加热炉出口温度波动较大，导致无法满足工艺生产要求。因此单回路控制系统仅适用于对炉出口温度要求不十分严格；对外来影响要求低，且不频繁；炉膛容量较小的加热炉系统。随着石油化工产业的发展和深化，对加热炉的处理能力及处理精度要求也越来越高，也就要求加热炉的控制精度也要进行进一步的提高，只靠单回路控制系统已经无法满足工艺生产的要求，加热炉的控制系统也就乂单回路控制向更加复杂的回路控制发展。1）、加热炉出口温度的控制：加热炉出口温度直接影响加物料工艺参数及品质，是加热炉最重要的工艺参数。最简单的出口温度控制方法就是采用单回

7、路的反馈控制（如图三），但该方法没有考虑燃料量变化、进料量及进料温度变化对出口温度的影响。因此，在单回路控制的基础上引入燃料流量控制，组成串级回路控制，控制燃料的进料波动，提高燃烧效率，稳定炉温。同时，串级控制系统也可以将出口温度控制器的输出作为炉膛温度的设定值，炉膛温度控制器的输出作为燃料量的给定值，燃料量控制器再去控制调节阀。这种串级控制利用炉膛温度的重要信息，有利于克服某些装置燃料压力及进料变化引起的波动。在燃料油作为燃料的系统中，通入一定的蒸汽使燃料成分雾化，可以提高燃烧效率。假如燃料油压力变化较大时，仅釆用蒸汽压力控制不能

8、确保燃料油得到良好的雾化，进行充分的燃烧造成燃料的浪费和温度波动。因此引入采用燃料油阀后压力与雾化蒸汽压力比值控制或二者流量的比值控制能更好的控制燃料的燃烧和加热炉出口温度控制。这样整个加热炉的出口温度控制回路就将出口温度控制、炉膛温