加热炉热效率的智能优化控制

加热炉热效率的智能优化控制

邓文博

中国石化天津分公司炼油部 天津市 300270

摘要：随着社会经济的快速发展，人们对节能环保的要求也日益提高，在炼油厂生产中，加热炉是重要的机械设备，确保加热炉自身热效率，可以在确保生产效率的同时降低污染气体排放量，从而起到保护生态环境的作用。但是加热炉这种作为能源消耗很大的装置，在实际生产中容易受到各种因素的影响而普遍存在能耗较大的问题，重视加热炉技术改造以及加热炉新技术的应用，可以降低装置的能耗、提高加热炉的热效率。为此，本文以管式加热炉为例，对如何实现加热炉热效率的智能优化控制，减少加热炉热损耗、提高加热炉热效率谈几点看法。

关键词：加热炉；热效率；智能优化控制

1 加热炉热效率概述

管式加热炉指的是在燃烧时产生较大的火焰和温度较高的气流，通过辐射传热方式将热量传输给管壁，之后管壁再将热量传递给物料，从而形成对流的形式。加热炉热效率指的是对加热炉在燃烧加热的过程中一种对热量的测量，即通过燃烧加热所需要的燃料有多少来衡量该加热炉的热效率。加热炉加热需要损耗的热效率大小在一定程度上与过剩空气系数和加热炉排烟温度、管壁热损耗有关，热量的损失是通过排烟方式排走的。当烟气较高的情况下，排烟带走的热量就更多，而烟气排量大也就意味着带走的热量将非常大，加热炉热效率就会下降得很快。所以，想要确保燃料在加热炉中充分燃烧，提高燃料的利用率，减少加热炉热效率损失，提高加热炉热效率，就必须使足够的空气进入到加热炉中。如果过剩空气系数较小就会出现空气供给不足的问题，燃烧就无法充分完全燃烧，燃烧利用率低，热量损耗量大，热效率非常低。但是过剩空气系数非常大也会导致进入加热炉的空气太多，使加热炉传热效果下降。而且因为空气进入太多，也会导致烟气排出量过大，进而也会对加热炉热效率产生不利影响。由此可以发现，必须严格控制过剩空气系数，使进入加热炉的空气含量合适，才能在不影响燃烧的情况下尽可能地提高热效率，减少热量损耗。

2 智能优化设计的目的和特点

加热炉是炼油、石化生产中重要的工艺设备，加热炉为工业生产装置提供必须的热源，但同时也是装置耗能的主要设备。在加热炉燃烧过程中还会产生二氧化碳、氮氧化物等对空气有污染的气体，如果风量太小就会导致加热炉中燃料不充分燃烧，不仅浪费了燃料而且还会污染环境，但是风量太大排出的烟气量也会太大，从而使带走的热量增多，使热效率降低。为此，需要通过对风量的合理调整来保持合理的过剩空气系数，从而实现最优热效率。通过加热炉热效率智能优化控制方法，实现对热效率的优化控制以及烟风系统的控制，在线实时监测加热炉工作区域，并在每一个工作区域中进行热效率自寻优控制，达到快速寻优且长期工作在最优化状态下的目的。对于烟风系统的控制则使用动态前馈和稳态反馈的方式，从而实现对氧气含量以及炉膛负压的控制，确保加热炉一直维持在稳定燃烧状态下。

3 加热炉热效率智能优化控制实现方式

3.1 调整独立燃烧器的过剩空气

加热炉燃烧器的过剩空气系数由燃料的量以及风门开度决定，统一燃烧器自身燃料量是控制风门开度的前提，统一燃料量以后再进行所有风门开度统一，可在实现总供风量，不影响加热炉燃烧的情况下，实现对加热炉中过剩空气系数的控制，从而为加热炉的自动化控制奠定良好基础。首先，可以对油气枪开孔率进行统一，采用火嘴风通量仪对加热炉所有火嘴进行检测，将燃料枪设置在通量测试仪上，然后打开阀门将风引入，风在通过枪头时喷出，再通过调压阀门将压力调整到标准数字，对流量表的指标值进行记录。通过检测将枪头受损变形、风通过量和枪头不一致的火嘴进行调整更换，确保在同一个燃料压力下，从枪头喷出燃料流量的一致性。其次，更换火嘴前燃料压力中的一致性油与气枪，全部打开燃料气和燃料油以及雾化蒸汽前的阀门，确保火嘴前燃料压力的统一和燃烧器自身发热量的统一。此外，统一供风量，对燃料器前一次风门和二次风门进行控制，确保位置的一致性，然后根据加热炉燃烧火焰的情况以及氧气分布情况的测量结果实现对风门的微调，确保火焰根部过剩氧气的一致性。在确保燃料量与供风量一致后，加热炉的火焰高度、大小和颜色等都具有了一致性。

3.2 密封加热炉

密封加热炉时，首先应选择方便的氧气含量仪器进行加热炉辐射室拱顶部以及对流段出口位置、大气预热器出口位置的氧气分布的检测。在完成上述数据检测和分析后，再确定具体存在的问题和具体的位置。此外选择烟气和空气热量平衡实现对空气预热器中漏风量的监测与一致性的确定。

3.3 调整加热炉氧气含量和负压

确定好加热炉自身氧气含量后，在作业现场应安排专业技术人员进行监督控制，在主控室在线可燃气体表实时监控下，对鼓风机入口挡板以及引烟机引风挡板进行合理调整，使炉膛的负压调整到-200Pa~-10Pa之间，安侯匹配合适的加热炉氧气含量。通过对加热炉氧气含量以及炉膛负压的合理调整，可有效提升加热炉整体热效率。

3.4 优化加热炉热效率控制结构

在加热炉热效率智能优化控制过程中，应将风量的稳态偏差反馈调节为基础前提，通过对热效率的智能自寻优以及热负荷的智能跟踪来实现对加热炉自身热效率的优化控制。热效率智能自寻优中监控周期也可以是热负荷智能跟踪控制的周期，但是热效率智能自寻优周期应大于综合性监控的周期。热负荷的智能跟踪控制是优化加热炉热效率的关键，当本周期中进行了热负荷智能跟踪控制以及风量的控制，热效率智能自寻优可在确保周期的基础上进行自寻优判断，为热效率更好的实现智能优化控制提供保障。

4 结语

综上所述，随着科学技术的不断发展，目前在炼油厂生产加工中已经引入了许多先进的技术、设备、材料等，对加热炉的热效率也产生了一定的影响。为确保加热炉能在高效率下运行，就首先要保证加热炉中燃料能充分燃烧，通过对加热炉的智能优化设计以及生产操作和设备运行方面的智能优化控制，可以有效减少加热炉热量损耗，提高加热炉工作效率。

参考文献：
[1]刘勇. 提高加热炉热效率方法研究和应用[D]. 东北石油大学，2015.

[2]王安华. 延迟焦化加热炉节能技术改造[J]. 期刊，2016（2）：12.