燃?xì)饧訜釥t燃燒控制方法的分析與討論

王海群 張亞

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)生產(chǎn)、生活水平的提升，石油系統(tǒng)在很多方面都必須獲得較大的進(jìn)步，不能總是停留在基礎(chǔ)的層面上。燃?xì)饧訜釥t是石油系統(tǒng)的重要組成部分，其主要設(shè)置的地方在于井口、聯(lián)合站、計(jì)量站、接轉(zhuǎn)站等等，主要是用來提高被輸送介質(zhì)溫度，由此來達(dá)到其需要的工藝溫度，最終將運(yùn)輸、分離、粗加工等工藝進(jìn)行有效的落實(shí)。所以，在燃?xì)饧訜釥t的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，必須針對(duì)燃燒控制方法進(jìn)行深入的研究，既要在整體上予以良好的控制，又要在經(jīng)濟(jì)性方面達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。文章就此展開深入討論，并且提出合理化建議。

關(guān)鍵詞：燃?xì)?；加熱爐；控制；討論

引言

在長(zhǎng)慶油田，使用的燃?xì)饧訜釥t主要包括火筒式直接加熱爐、火筒式間接加熱爐、立式管式加熱爐、臥式管式加熱爐、導(dǎo)熱油加熱爐、真空加熱爐和相變式加熱爐。不同形式的加熱爐在結(jié)構(gòu)上存在一定的差異，但在燃燒控制上基本相同。與一般設(shè)備有所不同，燃?xì)饧訜釥t在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，燃燒控制方法表現(xiàn)為多樣化的特點(diǎn)，有很多方法都可以達(dá)到“控制”的效果。可對(duì)于具體的工作成果而言，僅有少數(shù)的方法，可以達(dá)到預(yù)期效果。在現(xiàn)階段的社會(huì)發(fā)展中，石油已經(jīng)成為了一種不可或缺的資源，自身表現(xiàn)為不可再生性，倘若燃?xì)饧訜釥t的燃燒控制方法達(dá)不到要求，則會(huì)導(dǎo)致石油系統(tǒng)的部分工作，無法正常的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，最終導(dǎo)致石油加工、生產(chǎn)、運(yùn)輸遇到較多的阻礙，對(duì)國(guó)內(nèi)的建設(shè)產(chǎn)生不利影響。今后，我們?nèi)匀恍枰槍?duì)燃?xì)饧訜釥t的燃燒控制方法深入研究，來推動(dòng)工作水平的提升。

燃?xì)饧訜釥t是熱軋生產(chǎn)過程的重要熱工設(shè)備，其能耗占到鋼鐵工業(yè)總能耗的25%。加熱爐溫度控制性能直接影響到能耗大小、環(huán)境污染和最終鋼材產(chǎn)品質(zhì)量、鋼坯成材率、軋制設(shè)備壽命以及整個(gè)軋制生產(chǎn)線的有效作業(yè)率。但是加熱爐的燃燒過程受多種隨機(jī)因素干擾，控制對(duì)象具有大慣性環(huán)節(jié)、時(shí)變性及非線性（調(diào)節(jié)閥死區(qū)、滯環(huán)、延遲等）特性，對(duì)于這種復(fù)雜的控制對(duì)象，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的操作工，也很難全面考慮各種因素的影響進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。因此，對(duì)加熱爐之類的工業(yè)爐窯燃燒機(jī)理進(jìn)行分析，并建立良好的爐溫自動(dòng)控制的理論算式，使控制系統(tǒng)在高效節(jié)能的工況下運(yùn)行，對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和降低對(duì)環(huán)境的污染有著極其重要的意義。

1 燃燒機(jī)理分析

加熱爐以高爐、焦?fàn)t混合煤氣為燃料，分多個(gè)控制區(qū)。每個(gè)控制區(qū)燃燒過程是燃?xì)獾难趸^程。當(dāng)燃?xì)馊紵龝r(shí)，火焰溫度的高低并不由燃料數(shù)量的多少來決定，而取決于燃料是否完全燃燃?xì)饧訜釥t在應(yīng)用過程中，會(huì)采用不同的燃料來完成燃燒處理。例如，在長(zhǎng)慶油田當(dāng)中，其采用的燃?xì)猓饕莵碜杂谑彤?dāng)中的伴生氣以及氣井。燃?xì)饧訜釥t自身劃分為多個(gè)控制區(qū)域?，F(xiàn)階段所應(yīng)用的燃?xì)饧訜釥t，控制區(qū)域包括預(yù)熱段、二上段、一上段、均下段等等，每個(gè)部分都是環(huán)環(huán)相扣的，所以在燃燒控制方面，難度并不低。在燃?xì)饧訜釥t的燃燒過程中，各個(gè)控制區(qū)域的燃燒過程，可以直接看作是燃?xì)獾难趸^程，這樣一來，就對(duì)燃燒機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的定義，具體的操作也會(huì)簡(jiǎn)便一些。在燃?xì)獾娜紵^程中，火焰本身的溫度，有很多的決定性因素，但其與燃燒數(shù)量的多少，并沒有直接的關(guān)系。火焰的溫度情況，與燃料是否充分的燃燒，燃料是否充分的發(fā)出最大的熱效率，具有很大的關(guān)聯(lián)。這兩個(gè)方面均可以作為燃燒控制的重點(diǎn)來對(duì)待。經(jīng)過系統(tǒng)的分析后認(rèn)為，燃燒系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其燃燒質(zhì)量與空氣本身的過剩率存在非常密切的關(guān)系?？諝膺^剩率的表述，可以通過空燃比來進(jìn)行，主要指的是空氣和燃?xì)獾木唧w配比情況。在理想的混合狀態(tài)下，理論量的空氣即可以保證完全燃燒。但在實(shí)際的燃燒裝置中，“三T”條件不可能達(dá)到理想化的程度，因此為使燃料完全燃燒就必須供給過量的空氣。在研究過程中，一般是將u設(shè)定為剩余空氣系數(shù)將r設(shè)定為空燃比。經(jīng)過計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)u>1.10時(shí)，空氣表現(xiàn)為過剩的狀態(tài)，會(huì)直接影響到加熱的質(zhì)量，同時(shí)還導(dǎo)致煙氣當(dāng)中，帶走了很多的熱量，但燃?xì)饧訜釥t的煙氣也未得到有效的循環(huán)利用。這時(shí)的燃燒系統(tǒng)，在熱效率方面表現(xiàn)為過低的狀態(tài)。

2燃燒控制策略

雙交叉限幅控制就燃?xì)饧訜釥t本身而言，其在燃燒控制工作上，需要從很多的內(nèi)容出發(fā)，不能單純的利用一兩項(xiàng)策略，直接將燃燒問題解決。開展燃燒控制的目的，在于更好的節(jié)約能源，針對(duì)燃?xì)饧訜釥t的運(yùn)轉(zhuǎn)起到保護(hù)作用、鞏固作用，為石油系統(tǒng)的工作，提供更多的直接幫助和保障。為此，提出了一種“燃?xì)饧訜釥t——雙交叉限幅控制”的方法，該方法在很多方面都具有較高的可行性，深入分析后，可以為燃燒控制提供足夠的支持。

燃?xì)饧訜釥t的負(fù)荷發(fā)生變化后，常規(guī)的雙交叉限幅控制，主要是針對(duì)系統(tǒng)燃?xì)?、空氣流量變化速度，進(jìn)行有效的控制。這樣操作的優(yōu)勢(shì)在于，能夠?qū)ψ罴训目杖急冗M(jìn)行有效的保證。但是，如此操作的劣勢(shì)也表現(xiàn)的非常突出，其會(huì)直接降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，導(dǎo)致燃?xì)饧訜釥t的運(yùn)轉(zhuǎn)效率出現(xiàn)下降的情況。所以，上述方法的可行性并不高，需要在自身的理念上做出一定的優(yōu)化。

雙交叉限幅控制的理念的確能夠?yàn)槿細(xì)饧訜釥t的燃燒控制提供一定的幫助，但在具體的方法上需要得到優(yōu)化處理。為此，建議在應(yīng)用雙交叉限幅控制的方法時(shí)，可以考慮融入加熱爐溫度的實(shí)際控制值，以及設(shè)定值。從理論上分析，這兩項(xiàng)指標(biāo)的控制，能夠有效的設(shè)定偏置函數(shù)，結(jié)合具體指標(biāo)的變化，在偏置量取值方面，能夠得到更好的效果。除此之外，以目前的科學(xué)技術(shù)、設(shè)備而言，可以直接在燃?xì)饧訜釥t當(dāng)中，設(shè)定變偏置——雙交叉限幅控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在設(shè)定后，能夠?yàn)槿紵刂铺峁└嗟膸椭瑴p少內(nèi)部的缺失問題。

偏置函數(shù)在設(shè)定后，必須進(jìn)行深入的分析和計(jì)算。考慮到燃?xì)饧訜釥t本身的特點(diǎn)以及燃燒控制的各項(xiàng)目的，偏置函數(shù)的取值過程中，可以依據(jù)試驗(yàn)來完成，選擇一組系統(tǒng)性能表現(xiàn)最優(yōu)的函數(shù)值，由此來建立“溫度——偏置函數(shù)取值表”，最終在取值上達(dá)到精確性的目的。

3 雙交叉限幅燃燒控制

燃?xì)饧訜釥t的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，燃燒控制方法的的執(zhí)行，必須從相關(guān)的影響因素來出發(fā)，否則僅僅是在表面上控制，并不能取得理想的效果。雙交叉限幅燃燒控制的方法，其主要是針對(duì)副閉環(huán)回路的空氣流量進(jìn)行控制，同時(shí)還會(huì)對(duì)煤氣流量進(jìn)行控制，主要是通過具體的設(shè)定值來進(jìn)行控制。這種雙向控制方法，能夠在很多方面提高燃燒的效率和質(zhì)量，確保充分燃燒，得到更好的運(yùn)轉(zhuǎn)目的。雙交叉限幅燃燒控制在應(yīng)用的過程中，會(huì)將高值選擇器、低值選擇器同時(shí)進(jìn)行應(yīng)用，利用二者的相互制約特點(diǎn)，防止負(fù)荷的變化過快現(xiàn)象，并且針對(duì)燃料過剩、空氣過剩的問題進(jìn)行充分的解決，在本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)了過氧燃燒、缺氧燃燒現(xiàn)象的產(chǎn)生，達(dá)到了燃燒控制的目的。雙交叉限幅燃燒控制在應(yīng)用后，能夠?qū)θ剂狭髁俊⒖諝饬髁績(jī)蓚€(gè)方面，做出有效的控制，促使兩項(xiàng)指標(biāo)，能夠在合理的比值上，達(dá)到交替上升的效果，而具體的空燃比，將會(huì)保持在合理的范圍內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)太多的浪費(fèi)現(xiàn)象，這對(duì)燃?xì)饧訜釥t的長(zhǎng)久、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，提供了很多的幫助。為確保燃燒控制系統(tǒng)在擾動(dòng)和負(fù)荷急增或急減時(shí)，均能在空微過剩狀態(tài)下燃燒，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)具有兩個(gè)并聯(lián)副回路的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

4雙交叉限幅控制的數(shù)學(xué)分析及描述

其中溫度控制回路作為主回路，燃?xì)饬髁炕芈泛涂諝饬髁炕芈凡⒙?lián)作為副回路。交叉限幅部分是為了改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，保證在動(dòng)態(tài)過程中空燃比維持在一定的范圍。雙交叉限幅燃燒控制采用對(duì)副閉環(huán)回路的空氣流量控制和煤氣流量控制的設(shè)定值進(jìn)行限幅，通過高值和低值選擇器相互制約來防止負(fù)荷變化很快時(shí)出現(xiàn)的燃料或空氣過剩，從而避免過氧和缺氧燃燒現(xiàn)象的產(chǎn)生。這樣，燃料流量和空氣流量會(huì)嚴(yán)格地按照一個(gè)合理的比值交替上升，使實(shí)際的空燃比保持在合理的范圍之內(nèi)。由于燃料、空氣流量系統(tǒng)中檢測(cè)值不可避免的有隨機(jī)波動(dòng)，從而會(huì)引起高、低選擇器不必要的頻繁切換給系統(tǒng)帶來波動(dòng)。一般地，缺氧燃燒不但燃?xì)獾娜贾挡荒艹浞轴尫哦斐蔁釗p失，還會(huì)造成冒黑煙和燃?xì)饽茉吹睦速M(fèi)，而過氧燃燒主要是造成熱損失。

總結(jié)：

本文闡述了燃?xì)饧訜釥t的燃燒機(jī)理，對(duì)燃燒控制系統(tǒng)的雙交叉限幅控制思想進(jìn)行了分析，并用數(shù)學(xué)描述方法剖析了系統(tǒng)在燃燒動(dòng)態(tài)過程中的燃燒控制特性，從而使燃?xì)饧訜釥t的控制系統(tǒng)能始終保持在最佳的燃燒控制狀態(tài)。具體的判斷算式為實(shí)際控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)編程提供了依據(jù)本文對(duì)燃?xì)饧訜釥t燃燒控制方法展開討論，從目前的執(zhí)行效果來看，雙交叉限幅控制的方法，針對(duì)燃?xì)饧訜釥t是比較匹配的，不僅在操作上比較簡(jiǎn)單，同時(shí)能夠確保燃?xì)饧訜釥t迅速的響應(yīng)，自身的系統(tǒng)也得到了更新，整體上符合石油系統(tǒng)的需求。日后，應(yīng)在燃燒控制方法上不斷的優(yōu)化，設(shè)定更多的控制方案，創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值

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