一种工业炉安全燃烧的控制方法与流程

1.本公开涉及工业炉安全控制领域，具体地，涉及一种工业炉安全燃烧的控制方法。


背景技术：

2.工业炉是炼化工艺流程中的提供热能的关键设备，近年来，随着国家对于炼化企业在安全、高效、环保等诸多方面的要求越来越高，全面提升工业炉燃烧监测及控制水平，保障炼化企业的安全生产，实现节能降耗已经成为石化行业的发展目标。
3.处于爆炸极限范围内的未燃物一旦接触明火，便会产生燃烧爆炸现象。工业炉作为石化行业的明火设备，其热负荷往往较大，爆炸隐患不容忽视。在工业炉点火、运行以及熄火后再行点火的过程中，往往由于操作不当造成炉内残存可燃气体。一旦残存气体与空气混合达到爆炸极限范围内，工业炉点火瞬间就会引发爆炸。
4.因此，现有的工业炉燃烧控制方法难以同时进一步满足节能降耗和安全运行的要求。


技术实现要素：

5.本公开为了提高工业炉燃烧过程的安全性，提供了一种能够实时监控和调节工业炉燃烧过程，实现工业炉安全点火、运行以及熄火的方法。
6.为了实现上述目的，本公开提供一种工业炉安全燃烧的控制方法，所述工业炉包括工业炉本体、燃料管线、助燃空气风道、长明灯和主燃烧器；所述控制方法包括：
7.s1：对所述燃料管线依次进行充压和泄压，并通过监测所述燃料管线中的压力值来确定所述燃料管线的泄漏风险值；
8.s2：在所述泄漏风险值小于泄漏安全阈值的情况下，通过所述助燃空气风道对所述工业炉本体的炉膛进行吹扫，并监测所述吹扫的总通气量；
9.s3：在所述总通气量大于吹扫安全阈值的情况下，在规定时间内进行长明灯的点火，并确定成功点燃的长明灯的数目；
10.s4：在成功点燃的长明灯的数目大于点火安全阈值的情况下，进行主燃烧器的点火，并确定成功点燃的主燃烧器的数目；
11.s5：在成功点燃的主燃烧器的数目大于燃烧安全阈值的情况下，监测炉膛氧含量，并根据所述炉膛氧含量调节所述燃料管线和/或所述助燃空气风道的气体流量，以使得所述炉膛氧含量为1-5体积％。
12.可选地，步骤s1中：所述燃料管线包括主燃烧器燃料管线和长明灯燃料管线；所述燃料管线的泄漏风险值包括主燃烧器燃料管线泄漏风险值和长明灯燃料管线泄漏风险值；
13.步骤s2中所述泄漏风险值小于泄漏安全阈值是指主燃烧器燃料管线泄漏风险值小于主燃烧器燃料管线安全阈值并且长明灯管线泄漏风险值小于长明灯燃料管线安全阈值。
14.可选地，所述充压和泄压的方法为：将所述燃料管线内的压力由大气压力充压至
操作压力，所述充压后具有压力稳定时间，在所述压力稳定时间结束后，将所述燃料管线内的压力泄压至大气压力；
15.重复至少一次所述充压和泄压，完成对所述燃料管线中压力值的监测。
16.可选地，将所述稳定时间的起始压力值和终了压力值的差值记为理论压力变化值；对所述稳定时间的起始压力值和终了压力值进行监测，得到所述充压前后的实际压力变化值；将所述理论压力变化值与所述实际压力变化值的差值的绝对值记为压力波动值；所述泄漏风险值为所述压力波动值与所述操作压力的比值。
17.可选地，步骤s2中：所述泄漏安全阈值是指所述泄漏风险值为0-3％范围内的任意值。
18.可选地，步骤s2中：通过所述吹扫的通气流速和/或通气时间来确定所述总通气量。
19.可选地，步骤s3中：所述吹扫安全阈值是指所述总通气量为炉膛体积的1.0-1.2倍范围内的任意值；所述规定时间为5-8分钟。
20.可选地，步骤s4中：所述点火安全阈值是指点燃的所述长明灯的数目为长明灯总数的40-60％范围内的任意值。
21.可选地，步骤s5中：所述燃烧安全阈值是指所述点燃的主燃烧器的数目为燃烧器总数的10-100％范围内的任意值。
22.可选地，步骤s5中：所述炉膛氧含量优选为2-3体积％。
23.本公开的方法是在工业炉点火和运行过程中确保上一环节安全性的前提下，再进行下一环节的操作，并通过对过程中各个环节的实时监测和调节，最大限度降低了工业炉点火和运行过程的安全风险，避免了由于操作失误或设备故障造成的爆炸及其它安全事故的发生，使工业炉处于一个安全、高效、稳定的运行状态。
24.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
25.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
26.图1是本公开的控制方法的一种实施方式中工业炉的构成示意图。
27.附图标记说明
28.1.工业炉本体
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2.现场点火盘
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3.长明灯火焰监测设备
29.4.主燃烧器火焰监测设备
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5.主燃烧器
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6.长明灯
30.7.燃烧监测控制系统
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8.助燃空气风道
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9.空气预热器
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10.空气鼓风机
31.11.冷空气吸风口
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12.烟气引风机
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13.烟气烟道
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14.主火焰燃料气调节阀
32.15.主火焰燃料气放空阀
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16.主火焰燃料气切断阀
33.17.长明灯燃料气调节阀
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18.长明灯燃料气放空阀
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19.长明灯燃料气切断阀
34.20.主火焰燃料气压力测量仪表
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21.长明灯燃料气压力测量仪表
35.22.主燃烧器燃料管线
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23.主燃料气放空管线
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24.长明灯燃料管线
36.25.长明灯燃料气放空管线
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26.烟囱调节挡板
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27.鼓风机入口挡板
37.28.入炉空气流量测量仪表
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29.炉膛氧含量监测仪表
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30.主风道调节挡板
具体实施方式
38.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
39.在本公开中，未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指组件在正常使用状态下的上、下，具体可参考图1的图面方向。“内、外”是指相对于装置本身的轮廓而言的。
40.本公开提供一种工业炉安全燃烧的控制方法，所述工业炉包括工业炉本体1、燃料管线、助燃空气风道8、长明灯6和主燃烧器5；所述控制方法包括：s1：对所述燃料管线依次进行充压和泄压，并通过监测所述燃料管线中的压力值来确定所述燃料管线的泄漏风险值；s2：在所述泄漏风险值小于泄漏安全阈值的情况下，通过所述助燃空气风道8对所述工业炉本体1的炉膛进行吹扫，并监测所述吹扫的总通气量；s3：在所述总通气量大于吹扫安全阈值的情况下，在规定时间内进行长明灯6的点火，并确定成功点燃的长明灯6的数目；s4：在成功点燃的长明灯6的数目大于点火安全阈值的情况下，进行主燃烧器5的点火，并确定成功点燃的主燃烧器5的数目；s5：在成功点燃的主燃烧器5的数目大于燃烧安全阈值的情况下，监测炉膛氧含量，并根据所述炉膛氧含量调节所述燃料管线和/或所述助燃空气风道8的气体流量，以使得所述炉膛氧含量为1-5体积％。
41.本公开的方法是在工业炉点火和运行过程中确保上一环节安全性的前提下，再进行下一环节的操作，并通过对过程中各个环节的实时监测和调节，最大限度降低了工业炉点火和运行过程的安全风险，避免了由于操作失误或设备故障造成的爆炸及其它安全事故的发生，使工业炉处于一个安全、高效、稳定的运行状态。
42.一种实施方式中，本公开的工业炉具有如图1所示的结构，包括工业炉本体1、燃料管线、助燃空气风道8、长明灯6和主燃烧器5。
43.为了在工业炉点火、运行以及熄火的过程中，确保燃料气管线的安全性，防止因燃料气管线中燃气泄漏造成的爆炸事故，可以采用步骤s1依次对主燃烧器燃料管线22和长明灯燃料管线24进行充压和泄压，并通过监测所述燃料管线中的压力值来确定所述燃料管线的泄漏风险值。一种实施方式中，对主燃烧器燃料管线22和长明灯燃料管线24进行充压和泄压的方法可以为：将燃料管线内的压力由大气压力充压至操作压力，停止充压并使管线内的压力在一段时间内维持稳定，记为压力稳定时间；然后，在压力稳定时间结束后，将燃料管线内的压力泄压至大气压力，即完成一次充压和泄压过程。一种实施方式中，为了完成对燃料管线中压力值的监测，需要重复至少一次上述充压和泄压过程。本公开对于稳定时间的时长没有限制，可以为本领域的常规选择，例如可以为10～20分钟。进一步地一种实施方式中，可以在充压和泄压过程中配合主燃烧器燃料气调节阀14、主燃烧器燃料气放空阀15、主燃烧器燃料气切断阀16、长明灯燃料气调节阀17、长明灯燃料气放空阀18和长明灯燃料气切断阀19的开闭，通过对比相应阀门开关前后，主燃料气压力测量仪表20和长明灯燃料气压力测量仪表21的压力差值，确定阀门是否存在泄漏问题，步骤s1的完成信号将最终传输给燃烧监测控制系统7。
44.根据本公开，燃料管线的泄漏风险值可以包括主燃烧器燃料管线22泄漏风险值和长明灯燃料管线24泄漏风险值，步骤s2中泄漏风险值小于泄漏安全阈值是指主燃烧器燃料管线22泄漏风险值小于主燃烧器燃料管线22安全阈值并且长明灯管线24泄漏风险值小于
长明灯燃料管线24安全阈值。一种具体实施方式中，可以将稳定时间的起始压力值和终了压力值的差值记为理论压力变化值，并通过燃料管线上的压力表对稳定时间的起始压力值和终了压力值进行监测，得到充压前后的实际压力变化值；将理论压力变化值与实际压力变化值的差值的绝对值记为压力波动值，那么，泄漏风险值可以表示为压力波动值与操作压力的比值。其中，上述理论压力变化值在燃料管线不存在任何泄漏的情况下其值为0，但实际操作中通常由于仪表本身测量数值波动等原因，使其值难以取到0，实际工程才做中通常将该理论压力变化值取为起始压力值的2％，或根据实际应用场景选择适当的变化范围，此处不再赘述；泄漏安全阈值是泄漏风险值可能取到的最大值，当泄漏风险值超过泄漏安全阈值时，意味着燃料管线的泄漏较为严重，将会引起爆炸事故。一种实施方式中，步骤s2中的泄漏安全阈值可以为0-3％范围内的任意值，优选地可以为0-2％范围内的任意值。
45.为了防止炉膛内残存燃料气在点火初期引发爆炸或火灾，根据本公开，在泄漏风险值小于泄漏安全阈值的情况下，可以通过所述助燃空气风道8对所述工业炉本体1的炉膛进行吹扫，并监测所述吹扫的总通气量，以除去炉膛内的残存燃料气；其中，总通气量可以通过吹扫的通气流速和/或通气时间来确定。一种实施方式中，燃烧监测控制系统7在接收到步骤s1的完成信号后，使冷空气由冷空气吸入口11进入鼓风机10，再经由助燃空气风道8最后进入工业炉本体1，吹扫过程中通过入炉空气流量测量仪表28监控入炉空气量，当总通气量大于吹扫安全阈值时，完成吹扫过程，并将步骤s2的完成信号传输给燃烧监测控制系统7。
46.长明灯在工业炉的点火、运行以及熄火的过程中具有重要的作用，它能够防止燃烧器火焰的熄灭，在其熄灭时迅速重新点燃火嘴，还能够将不可控制的可燃气体烧掉，防止特殊原因导致炉膛内有可燃气体，在点火时发生爆炸。根据本公开，可以在所述总通气量大于吹扫安全阈值的情况下，在规定时间内进行长明灯6的点火，并确定成功点燃的长明灯6的数目；其中，吹扫安全阈值是指实际总通气量可能达到的最小值，优选地，该值可以为炉膛体积的1.0-1.2倍范围内的任意值，优选地可以为炉膛体积的1.1-1.2倍范围内的任意值；所述规定时间可以为5-8分钟，优选地，可以为6-8分钟。一种实施方式中，燃烧监测控制系统7在接收到步骤s2的完成信号后，调整长明灯燃料气调节阀17及长明灯燃料气切断阀19的开度，关闭长明灯燃料气放空阀18，现场操作人员通过现场点火盘2进行长明灯6点火，长明灯火焰检测设备3对长明灯6的点燃情况进行实时监测，并将长明灯6点燃数目传递给燃烧监测控制系统7。
47.根据本公开，在完成步骤s1-s3的点火前准备工作，并确认成功点燃的长明灯6数目大于点火安全阈值的情况下，可以进行主燃烧器5的点火，并确定成功点燃的主燃烧器5的数目；其中，点火安全阈值是指长明灯6的实际点燃数目可能达到的最小值，该值可以为长明灯总数的40-60％范围内的任意值，优选地可以为长明灯总数的45-55％范围内的任意值。一种实施方式中，燃烧监测控制系统7在接收到成功点燃的长明灯6的数目大于点火安全阈值的情况下，调整主火焰燃料气调节阀14及长明灯燃料气切断阀16的开度，关闭主火焰燃料气放空阀15，现场操作人员通过现场点火盘2进行主火焰点火，主燃烧器火焰检测设备4对主火焰点燃情况进行实时监测，同时将主火焰点燃数目传递给燃烧监测控制系统7。
48.为了对主燃烧器5的燃烧过程进行实时监测，保证工业炉点火及运行过程中火焰燃烧稳定，使工业炉处于一个安全、高效、稳定的运行状态，根据本公开，在成功点燃的主燃
烧器5的数目大于燃烧安全阈值的情况下，对炉膛氧含量进行监测，并根据所述炉膛氧含量调节所述燃料管线和/或所述助燃空气风道8的气体流量，以使得所述炉膛氧含量可以为1-5体积％，优选地炉膛氧含量可以为2-3体积％；其中，燃烧安全阈值是指主燃烧器5的实际点燃数目可能达到的最小值，该值可以为燃烧器总数的10-100％范围内的任意值，优选地，可以为燃烧器总数的30-90％范围内的任意值。一种实施方式中，燃烧监测控制系统7在接收到成功点燃的主燃烧器5的数目大于燃烧安全阈值的情况下，操作人员开始向炉内投用燃料，并完成对炉膛氧含量的设置后，燃烧监测控制系统7将自动监测入炉空气流量测量仪表28、炉膛氧含量监测仪表29以及主火焰燃料气压力测量仪表20的测量数据，并根据测量到的数据以及给定的燃烧方程，自动调节助燃空气风道8内的主风道调节挡板30和/或烟囱调节挡板26的开度，以及主燃烧器燃料管线22和长明灯燃料管线24的气体流量，以满足炉膛火焰燃烧需要。
49.下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。
50.实施例
51.图1所示的工业炉包括工业炉本体1、主燃烧器燃料管线22、长明灯燃料管线24、助燃空气风道8、长明灯6和主燃烧器5；炉膛体积为2050m3，采用以下步骤对该工业炉进行安全点火和运行控制：
52.s1：燃料管线的泄漏检测
53.通过对主燃烧器燃料管线22及长明灯燃料管线24的顺序充压和泄压，同时配合主火焰燃料气调节阀14、主火焰燃料气放空阀15主火焰燃料气切断阀16长明灯燃料气调节阀17长明灯燃料气放空阀18和长明灯燃料气切断阀19的开关。通过对比相应阀门开关前后，主火焰燃料气压力测量仪表20以及长明灯燃料气压力测量仪表21的压力差值，以及对所述充压和泄压过程中所述燃料管线中的实际压力值的监测，确定燃料管线的泄漏风险值，并根据泄漏风险值与泄漏安全阈值的大小关系对燃料管线上的各个阀门进行修正，直至泄漏风险值小于泄漏安全阈值，并将泄漏检测的完成信号传输给燃烧监测控制系统7。
54.其中，充压的方法为：分别将主燃烧器燃料管线22和长明灯燃料管线24内的压力由大气压力充压至操作压力，充压后具有15分钟的压力稳定时间，在压力稳定时间结束后，分别将主燃料管线22和长明灯燃料管线24内的压力泄压至大气压力；重复一次上述充压和泄压工程，完成对所述燃料管线中压力值的监测；
55.主燃烧器燃料管线22的泄漏风险值为0.1％，泄漏安全阈值为2％；长明灯燃料管线24的泄漏风险值为0.15％，泄漏安全阈值为2％。
56.s2：点火前炉膛吹扫
57.燃烧监测控制系统7在接收到燃料管线无泄漏的确认指令后方可进行此步骤。启动鼓风机10，同时调节鼓风机入口挡板27及主风道调节挡板30的开度，控制进入工业炉本体1的空气量。冷空气流向为：冷空气由冷空气吸入口11进入鼓风机10，再经由助燃空气风道8最后进入工业炉本体1。通过入炉空气流量测量仪表28监控入炉总通气量。当入炉总通气量大于吹扫安全阈值时，完成吹扫步骤，并将炉膛吹扫的完成信号传输给燃烧监测控制系统7。
58.其中，入炉总通气量为4000m3，吹扫安全阈值为2400m3。
59.s3：长明灯点火
60.燃烧监测控制系统7在接收到炉膛吹扫完成的指令后方可进行此步骤。调整长明灯燃料气调节阀17及长明灯燃料气切断阀19的开度，同时关闭长明灯燃料气放空阀18。现场操作人员通过现场点火盘2进行长明灯6的点火，长明灯火焰检测设备3对长明灯6的点燃情况进行实时监测，同时反馈点燃数目传递给燃烧监测控制系统7。当规定时间内长明灯6的点燃数目大于点火安全阈值时，完成长明灯6点火，炉膛具备点燃主火焰条件。
61.其中，工业炉的长明灯总数为24，长明灯的点燃数目为21，点火安全阈值为12，规定时间为6分钟。
62.s4：主火焰点火
63.燃烧监测控制系统7在接收到长明灯6点火完成的指令后方可进行此步骤。调整主火焰燃料气调节阀14及长明灯燃料气切断阀16的开度，同时关闭主火焰燃料气放空阀15。现场操作人员通过现场点火盘2进行主火焰点火，主燃烧器火焰检测设备4对主火焰点燃情况进行实时监测，同时反馈点燃数目传递给燃烧监测控制系统7。当成功点燃的主燃烧器5的数目大于燃烧安全阈值时，完成主火焰点火。
64.其中，工业炉的主燃烧器总数为24，主燃烧器的点燃数目为24，燃烧安全阈值为4。
65.s5：炉膛氧含量控制
66.燃烧监测控制系统7在接收到主火焰点火完成的情况下，操作人员开始投用燃料，并完成对炉膛氧含量的设置。燃烧监测控制系统7将自动监测入炉空气流量测量仪表28、炉膛氧含量监测仪表29以及主火焰燃料气压力测量仪表20的测量数据，并根据相关测量数据以及给定的燃烧方程，自动调节主风道调节挡板30和/或烟囱调节挡板26的开度，以满足炉膛火焰燃烧需要。
67.其中，炉膛氧含量的范围为1-5体积％。
68.本实施例的方法的安全性测试方法为：工业炉是否在指定时间(40分钟)内完成步骤s1-s4过程，且在此过程中工业炉是否运行平稳，是否出现火焰异常熄灭或炉膛闪爆现象，结果为：在指定时间内完成步骤s1-s4过程，且工业炉运行平稳，未出现火焰异常熄灭或炉膛闪爆现象；
69.热效率测试方法为：记录炉膛氧含量、自然环境温度、湿度、风速以及燃烧烟气温度等参数，根据热效率核算公式计算燃烧热效率，结果为：燃烧热效率(92.3％)优于设计点(91％)；
70.稳定性测试方法为：步骤s5工业炉燃烧过程中是否因炉膛氧含量、炉膛负压或燃烧状态异常等非正常状态出现联锁停炉现象，结果为：未出现联锁停炉现象，工业炉运行平稳。
71.对比例
72.国内某炼厂工业炉未设置本公开的相关安全监测流程，炉膛非正常熄火后。操作人员直接进行炉膛点火过程，未进行本公开所述的s1-s2流程，因主管线阀门仍有瓦斯进入炉膛且未被及时引燃，导致炉膛内部存在有未燃尽瓦斯留存，在工业炉再次点火过程中被引燃，炉膛瞬间发生闪爆，造成严重的人员及财产损失。
73.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
74.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
75.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。