交叉限幅控制在常减压加热炉中的应用.pdf

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1、第10期郎微微等．交叉限幅控制在常减压加热炉中的应用1015交叉限幅控制在常减压加热炉中的应用郎微微1王鑫2(1．中国石油大庆石化公司塑料厂，黑龙江大庆163714；2．中国；i5}硅I广东石化公司设备管理中心，广东揭阳515200)摘要以常减压装置加热炉燃烧控制系统为例，介绍单、双交叉限幅控制的原理及其X-．程设计实施细节，并对加热炉采用的氧含量修正空燃比的单交叉限幅控制进行说明。关键词交叉限幅控制加热炉燃烧控制空燃比中图分类号TH862文献标识码A文章编号1000—3932(2016)10—1015-07加热炉是石油化工生产过程中为物料提供热源的关键设备。加热炉的工艺过程是燃料在炉

2、膛内燃烧产生热量，并不间断地向工艺过程提供热量。加热炉所消耗的燃料一般占全厂燃料总消耗的65％～80％。因此，在满足工艺过程要求的前提下，对加热炉采用有效合理的燃烧控制，最大限度地提高加热炉的燃烧效率，节约能源并减少污染，是非常必要的。传统炼厂加热炉的串级控制方案空燃比不能达到最佳的控制效果，致使燃料浪费，而且容易产生黑烟，污染环境。为此，笔者以常减压装置加热炉为例，阐述交叉限幅控制在加热炉燃烧系统中的应用。1最优燃烧控制空燃比是指空气量与燃料量之比，即空气和适的情况下，燃料才能完全燃烧，火焰温度才能达到最大值，辐射热量才能达到最高，即只有空燃比合理时，加热炉才能达到最高热效率。如果空

3、气不足，燃烧不完全，加热炉会冒黑烟，热效率下降；若空气过量，则多余过剩的冷空气加热后由烟道排出带走大量热量，造成热量损失，热效率下降。所以，严格控制加热炉的空燃比是提高其燃烧效率的主要措施。为了保证燃料完全燃烧，燃烧时的实际空气量要比所需理论空气量过量一点，一般常用空气过剩系数肛定量描述，即有肛=实际空气量／理论空气量。在燃烧过程中，为实现完全燃烧而又不造成过量排烟带来的热损失，通常要形成一个低空气过剩系数的燃烧条件。加热炉热效率和热损失与空气过剩系数的关系如图1所示。最优燃烧燃料的混合比例。只有在燃料量与空气量比值合控制的目标就是不管负荷在稳定状态还是变化

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5、y群l烧＼排烟热损失爹．I．—∥失理论楚拳>《<一燃烧效率污染—-—。-’一低一最大一1-—r一产生黑烟．虽小一渐次降低．一渐次增加一图1加热炉热效率和热损失与空气过剩系数的关系I——空气不足区；1I——超低过剩空气燃烧区；111——低过剩空气燃烧区；Ⅳ——高过剩空气燃烧区收稿日期：2016-07-14(修改稿)1016化工自动化及仪表第43卷状态，控制较低的空气过剩系数p，保证空气过剩系数在最佳燃烧区，实现最佳燃烧。2串级比值控制加热炉的传统燃烧控制多采用串级比值调节系统，共有两种方案。5P空燃比方案一加热炉出口温度调节器的输出直接作为空气流量调节器的给定值，空气的实际流量除以空燃比

6、所得的值作为燃料流量调节器的给定值，即空气先行的串级比值控制系统，该系统框图如图2所示。流量调节器H空气调节挡板卜1_—一加热炉空气流量变送器燮型鎏墨塑羔堡H燮型塑羔塑陬雨藕匾嚣飘———一温度变送器图2空气先行串级比值控制系统框图方案=炉出VI温度调节器的输出直接作为以空燃比所得的值作为空气流量调节器的给定燃料流量调节器的给定值，然后燃料实际流量乘值，即燃料先行的串级比值控制系统(图3)。空燃比sP料流量调：肯器H燃料调节阀卜1_—一加热炉燃料流量变送器奎墨鎏苎塑!翌H窒墨望羔些匿写疆匾西飘———一温度变送器图3燃料先行串级比值控制系统框图对于串级比值调节系统，在稳态时燃料量和空气量可

7、按一定的空燃比相互跟随变化。但由于燃料与空气控制回路的响应速度不一致(空气控制回路的时间常数比燃料控制回路大)，流量测量存在误差，特别是在燃料负荷发生变化的情况下，无法保证燃料量和空气量仍按一定的空燃比相互跟随变化，即无法保证合理的空燃比。3单交叉限幅控制单交叉限幅控制是在串级比值控制的基础上，增加交叉限幅功能，以保持空燃比合理，使燃烧处于最佳状态。单交叉限幅控制以炉出口温度为主参数，燃料流量和空气流量为副参数的并联串级调节系统，并带有交叉限幅逻辑功能的比值控制系统(图4)。’1。图4单交叉限幅控制系统框图第10期郎微微等．交叉限幅控制在常减压加热炉中的应用单交叉限幅控制思想是通过低选

8、器和高选器实现燃料量的增加滞后于空气量的增加，燃料量的减少先于空气量的减少。即，当需要升负荷时(升高炉出口温度)，首先提高空气流量调节器的给定值，空气量增加后，燃料流量调节器的给定值随之增加，形成“空气先行”；当需要降负荷时(降低炉出口温度)，首先降低燃料流量调节器的给定值，燃料量下降后，空气流量调节器给定值才随之下降，形成“燃料先行”。单交叉限幅控制原理是炉出口温度调节器的输出信号(负荷信号)，决定燃料流量和空气流量调节器的给定值。同时，在燃