[发明专利]一种加热炉控制与燃烧优化方法

说明书

本发明公布了一种加热炉控制与燃烧优化的方法，解决了加热炉系统不易控制的难题，该方法采用先进控制算法与常规控制算法相结合的控制策略，保证了加热炉系统连续稳定运行；采用O₂和CO切换控制，实现低氧燃烧；以国标简化公式为优化目标，采用自寻优算法实现烟气含氧量的实时优化，达到经济燃烧的目的。

技术领域

本发明涉及工业自动控制技术领域，具体涉及一种加热炉控制与燃烧优化方法。

背景技术

加热炉是石化炼油厂及化工生产厂的主要设备中的一种，是经常使用的一种火力加热设备。而加热炉最重要的任务，主要是把原料油加热到比较高的温度(有时能达到上1000℃)来达到后序生产流程(分馏或反应等过程)的要求。加热炉不仅耗能巨大，而且是二氧化碳、氮氧化物等污染物排放的主要来源之一。

影响加热炉热效率的主要因素是排烟热损失、气体未完全燃烧热损失，而影响这两个主要因素的可调参量就是过量空气系数，过剩空气系数是决定加热炉性能、尤其是这个加热炉的热效率的重要指标之一，因此在设计加热炉以及操作加热炉过程中，过剩空气系数都是我们参考的重要指标数。过量空气系数过小能产生不完全燃烧，加大了不完全燃烧热损失，使炉子的热效率下降；数值过大时，过剩的空气排出炉外，进入大气带走很多热量同时也对环境带来了热污染，带来了排烟热损失的增加造成了炉子的热效率下降；而且，数值的大小左右着烟气阻力的大小；因为烟气中过剩空气带来的含氧量过大能导致炉内构件的氧化加剧，并且过量氧气也导致炉管表面氧化加剧，直接影响了炉管使用期限。再者，过量的氧也能加大SO₂向SO₃转化，使得烟气发生低温露点腐蚀机会加大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加热炉控制与燃烧优化方法，以安全经济运行为目标，针对加热炉系统的运行特点，采用先进控制算法与常规控制算法相结合的控制策略，并采用O₂和CO切换控制，实现低氧燃烧，通过燃烧效率自寻优算法，对烟气含氧量进行实时优化，进一步提高燃烧效率、降低污染物排放，提高设备安全使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)采用常规控制与先进控制相结合的控制策略，实现介质出口温度、烟气含氧量、炉膛负压的常规自动控制，保证加热炉控制的稳定性；实现介质出口温度、烟气含氧量、炉膛负压的先进控制，保证系统在变负荷、变工况下的快速响应与安全性；

2)针对加热炉多数处于富氧燃烧的燃烧特性，采用O₂和CO切换控制，实现低氧燃烧，降低污染物排放，提高设备安全使用寿命；

3)采用国标简化公式，构建加热炉效率优化函数，通过燃烧效率自寻优算法，对锅炉燃烧过程中的烟气含氧量进行实时优化，确保系统运行在最佳燃烧区。

采用常规控制与先进控制相结合的控制策略，实现介质出口温度、烟气含氧量、炉膛负压的自动控制，保证加热炉控制的稳定性。常规控制算法在过程控制站实现，保证了控制的安全性与稳定性。

所述介质温度控制过程中，采用串级控制。外环采用介质出口温度控制回路作为主控制回路，内环采用燃料流量控制回路作为副控制回路。当介质温度增加则减小燃料量，介质温度降低则增大燃料量；

所述烟气的含氧量控制过程中，采用单回路控制。通过氧量设定值与过程值的偏差，进入控制器中进行PID控制运算，得到送风挡板指令，同时，引入燃气压力(流量)补偿器作为控制前馈量，能够避免燃料因负荷突然变化而变化燃烧状况却因进风风量变化慢而变得不佳的情况，提高了送风系统的快速响应特性；

所述在炉膛负压控制过程中，采用单回路控制。通过炉膛负压设定值与过程值得偏差，进入控制器中进行PID控制运算，得到挡板控制指令，由于负压值易受到送风量的影响，因而对于可预知的扰动采用前馈控制策略，引入送风流量前馈，提前消除送风干扰，使炉膛负压能够快速的稳定下来。