一種新的加熱爐燃燒控制技術(shù)

王 健

（中國石油天然氣股份有限公司大連石化分公司，遼寧大連 116032)

一種新的加熱爐燃燒控制技術(shù)

王 健

（中國石油天然氣股份有限公司大連石化分公司，遼寧大連 116032)

加熱爐是煉化產(chǎn)業(yè)的重要設(shè)施之一，也是主要的能耗消耗設(shè)施，加熱爐中燃燒的燃料能耗也是裝置最主要的能耗消耗，因此，煉油廠的主要節(jié)能工作之一就是降低加熱爐的能量消耗，而降低加熱爐能量消耗的重點就是降低加熱爐的空氣過剩系數(shù)，因此，介紹了一種以CO為基礎(chǔ)的加熱爐燃燒控制技術(shù)，很好地降低了加熱爐的空氣過剩系數(shù)。

加熱爐；空氣過剩系數(shù)；CO；O2

加熱爐是煉化產(chǎn)業(yè)的主要設(shè)施之一，也是能耗消耗的主要設(shè)施，加熱爐中燃燒的燃料能耗也是裝置最主要的能耗消耗，因此，想要降低能耗就等同想辦法降低加熱爐的能耗，降低加熱爐能耗最主要的辦法就是控制加熱爐的過剩空氣系數(shù)。而過?？諝庀禂?shù)則決定于加熱爐中的氧氣含量，且通常使用氧化鋯分析儀來進(jìn)行分析控制，近似實現(xiàn)燃料的充分燃燒。但這種方法并不夠精確，存在明顯的不足：①由于氧化鋯測量分析儀器一般都在加熱爐上部，這使得測量的氧含量并不能夠代表燃燒器周圍的氧含量；②氧化鋯測量分析儀的反應(yīng)速度慢，靈敏度低；③氧化鋯的溫度適應(yīng)性差僅限于爐膛高于600℃的加熱爐；④氧化鋯檢測容易受到空氣泄漏的影響。因此，需要一個新的控制變量來控制加熱爐的過?？諝饬?，通過監(jiān)測CO的含量來控制加熱爐的燃燒狀況，其優(yōu)勢在于：①測出CO的含量可直接反應(yīng)出加熱爐內(nèi)燃燒的狀況；②可以將煙氣中的CO控制在微量水平；③將CO作為控制變量可有效地排出空氣漏入的干擾；④CO測量儀反應(yīng)靈敏、精度高且測量快速。

1 基于CO的煙氣控制原理

1.1 CO和過量空氣的關(guān)系

由圖1可看出，當(dāng)過量空氣變大超過理想的空氣配比以后，CO含量較低，無明顯變化，煙氣能量損失增加。而當(dāng)O2含量不足形成不完全燃燒時，CO的濃度迅速上升，煙氣能量損失也同步增加。而通過調(diào)整供風(fēng)量，將CO含量調(diào)整到合理的范圍內(nèi)，使得加熱爐的效率得到最佳。即使過?？諝夂坑兴▌?，也幾乎不會影響CO的含量以及負(fù)荷參數(shù)。

圖1 CO和空氣過剩系數(shù)的關(guān)系曲線

圖2是一個燃燒的空氣量、煙氣中O2含量，燃料耗量、CO含量之間的關(guān)系圖[1]，同樣可以表明含氧量與CO含量的關(guān)系。假定A點表示加熱爐空氣過剩的狀態(tài)，當(dāng)減少過?？諝庵罛點，加熱爐燃料耗量降至最低（點B′），B點是加熱爐最佳熱效率點。當(dāng)過?？諝饬孔兇髸r，由于充分燃燒，CO含量很低；當(dāng)過?？諝饬繙p少后，CO含量增加緩慢；當(dāng)燃燒空氣量接近最高效率時，CO的含量開始迅速增多。這樣便可以通過CO的含量的明顯變化來得知加熱爐是否處于最佳狀態(tài)。如果空氣量繼續(xù)減少，則不完全燃燒加大，隨之加熱爐的能耗也隨之變大。

圖2 燃燒關(guān)系圖

1.2 技術(shù)原理

以甲烷為例，當(dāng)氧氣充足時，則甲烷完全燃燒方程式：

甲烷+氧氣=二氧化碳+水

當(dāng)氧氣不足時，則甲烷不完全燃燒方程式：

甲烷+氧氣=二氧化碳+一氧化碳+水

通常在加熱爐的操作中，當(dāng)燃燒空氣減少時，氧氣量不足時就會不完全燃燒產(chǎn)生CO，將CO作為鼓風(fēng)機(jī)變頻或者風(fēng)門擋板的控制變量，通過控制CO含量，當(dāng)CO含量出現(xiàn)較大波動時則立即進(jìn)行調(diào)整。

1.3 基于CO的煙氣控制原理

由圖1和圖2可知，只有當(dāng)過剩空氣量較小的時候，才適合用于作為CO控制信號，因此將CO控制在一個相對區(qū)域則有利于加熱爐燃燒的控制。則CO合理的控制區(qū)域見圖3。

圖3 CO，O2，NOx關(guān)系圖及建議的CO控制區(qū)域

2 基于CO的控制工藝過程

基于CO的控制工藝簡圖如圖4所示。工藝設(shè)備主要由煙

氣采樣探頭、系統(tǒng)控制柜、現(xiàn)場設(shè)備等部分組成。

圖4 基于CO的控制工藝簡圖

該控制系統(tǒng)通過CO自動控制加熱爐供風(fēng)，且通過設(shè)定信號的前饋或延遲來消除干擾因素，使控制系統(tǒng)保持平穩(wěn)。同時該系統(tǒng)還引入燃燒率負(fù)載曲線以及安全控制策略，實現(xiàn)加熱爐燃料流量與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或擋板開度的關(guān)聯(lián)，始終保持加熱爐在安全狀態(tài)。

如圖5，該控制系統(tǒng)采用的CO在線分析儀設(shè)在煙道處，使用中紅外光源，可在煙道上直接測量，實現(xiàn)了實時在線分析，且分析儀反應(yīng)靈敏、精度高、測量快速，最高測量次數(shù)可達(dá)到每秒7次，儀器正常使用壽命可達(dá)到5～7a，很好地減少了運維的工作量。

3 應(yīng)用實例

中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司于2014年在PX裝置加熱爐上引進(jìn)了相同的控制技術(shù)，其加熱爐熱負(fù)荷為143MW，風(fēng)道共有5個，燃燒器10個/風(fēng)道，燃料為管網(wǎng)瓦斯，其加熱爐系統(tǒng)有余熱回收系統(tǒng)，且鼓引風(fēng)機(jī)均為變頻。在引進(jìn)該控制技術(shù)后加熱爐氧含量平均值從2.21%降至0.37%，平均燃料降低300m3/h，折合270kg/h，鼓風(fēng)機(jī)電流從25A降到17A，引風(fēng)機(jī)10A降到6A，NOX排放濃度下降43%，CO2總量下降17 312t/a，總體運行情況良好。

圖5 CO在線分析儀

4 結(jié)束語

以CO為基礎(chǔ)的加熱爐燃燒控制技術(shù)，相比現(xiàn)在的氧含量控制技術(shù)有許多突出的優(yōu)點，而且已經(jīng)在國外很多煉廠得到了成功的引用。隨著時代的進(jìn)步，技術(shù)的革新，煉油企業(yè)將對加熱爐精細(xì)操作、節(jié)能、減少污染物排放要求更加嚴(yán)格，如果這項技術(shù)能夠成熟的廣泛應(yīng)用，將會給煉化企業(yè)的加熱爐節(jié)能工作帶來美好的明天。

[1] 錢家麟.管式加熱爐[M].北京：中國石化出版社，2003.

A New Heating Furnace Combustion Control Technology

Wang Jian

The heating furnace is one of the important facilities of the refining industry.It is also the main energy consumption and consumption facilities.The energy consumption of the fuel in the heating furnace is also the most important energy consumption of the installation.Therefore，one of the main energy saving work of the refinery is Reduce the energy consumption of the furnace，and reduce the energy consumption of the furnace is to reduce the focus of the heating furnace air excess coefficient，this paper describes a CO-based heating furnace combustion control technology，a good way to reduce the heating furnace air Excess coefficient.

heating furnace；air excess coefficient；CO；O2

TP391.9

A

1003–6490（2017）11–0090–02

2017–09–02

王?。?990—），男，遼寧大連人，助理工程師，主要從事工藝工作。