一种管式加热炉自动控制的系统和方法与流程

本公开涉及石油化工领域，具体地，涉及一种管式加热炉自动控制的系统和方法。

背景技术：

1、管式加热炉是石油化工、煤化工、石油炼制、焦油加工等工业中使用的工艺加热炉，主要以燃料气作为燃料，通过燃料燃烧释放的热量对流经加热炉的工艺介质进行加热，使工艺介质的温度达到工艺要求。

2、管式加热炉最重要的作用就是将流经加热炉的工艺介质加热到工艺要求的温度，随后送往后续装置进行物理或化学反应得到相应的产品。若流经管式加热炉出口处的工艺介质未达到工艺要求的温度，将严重影响后续装置产品的质量和收率，影响后续的装置正常运行，严重时将造成装置停工，造成无法挽回的经济损失。管式加热炉对工艺介质进行加热的热量全部来自于燃烧器处燃料的燃烧，为使加热炉出口处的工艺介质温度达到指定的温度，同时保证燃料的充分燃烧，需要精确控制燃料气量和过剩空气量。

3、管式加热炉在运行过程中，由于燃料气的压力波动或其他误操作原因等，存在若干台燃烧器熄灭的情况，现有技术通过手动调节每台未熄灭燃烧器的空气流量和燃料气流量以维持加热炉的热负荷，但此方法存在明显的缺点，它只适用于燃烧器总数量较少的情况，而实际上存在许多具有十几台甚至几十台燃烧器的管式加热炉。当燃烧器总数大于8台时，通过人工调节的方法很难将流经每一台燃烧器的空气量和燃料气量调节均匀，因为流经这些燃烧器的空气量或燃料气量是相互影响的，当一台燃烧器的空气量或燃料气量人工调节至指定数值后，再去调整另一台燃烧器的空气量或燃料气量时，之前已调节到位的燃烧器的空气量或燃料气量又会发生改变，要将所有燃烧器的空气量或燃料气量调整到位需要不断往复的调节所有燃烧器的空气调节阀或燃料气调节阀，费时费力，耽误正常生产，造成无法忽视的经济损失，并且最终的调节结果往往达不到均匀调节，致使炉膛温度分布不均，增大了炉管局部结焦的速率，增加了操作成本。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种管式加热炉自动控制的系统和方法，已解决现有技术存在的管式加热炉燃烧器空气量和燃料气量调节费时费力、调节不均匀的问题。

2、为了实现上述目的，本公开提供一种管式加热炉自动控制的系统，该系统包括炉体、多个燃烧器、燃料气进料总线、空气进料总线和控制单元；所述炉体的烟气出口处设有烟气氧分析仪；所述燃烧器包括燃料气入口、空气入口和燃烧器出口；所述燃烧器还设有火焰监测器；所述燃料气进料总线的入口用于与燃料气源连通；所述燃烧器的燃料气入口分别通过燃料气支线与所述燃料气进料总线的出口连通；所述空气进料总线的入口用于与空气源连通；所述燃烧器的空气入口分别通过空气支线与所述空气进料总线的出口连通；所述燃料气进料总线上设有燃料气总线流量计，所述空气进料总线上设有空气总线流量计；每个所述燃料气支线上分别设有燃料气自动调节阀和燃料气支线流量计；每个所述空气支线上分别设有空气自动调节阀和空气支线流量计；所述火焰监测器、所述燃料气支线流量计、所述空气支线流量计、所述烟气氧分析仪、所述空气自动调节阀和所述燃料气自动调节阀分别与所述控制单元信号连接，所述控制单元用于接受所述烟气氧分析仪、火焰监测器、所述燃料气支线流量计和所述空气支线流量计的信号，并控制所述空气自动调节阀和所述燃料气自动调节阀的开度。

3、可选地，所述炉体包括自上而下依次连通的烟囱、炉体对流段和炉体辐射段；所述炉体内设有加热盘管，所述加热管盘绕设置于所述炉体对流段和炉体辐射段内；所述烟气氧分析仪设置在所述炉体辐射段的出口处；所述燃烧器嵌设在所述炉体辐射段的下部。

4、可选地，所述燃烧器的个数n为3个以上；每个所述的燃料气支线上的燃料气支线流量计位于燃料气自动调节阀的下游；每个所述空气支线上的空气支线流量计位于空气自动调节阀的下游。

5、可选地，所述控制单元用于：接受所述火焰监测器的火焰信号，并调节所述空气自动调节阀和所述燃料气自动调节阀的开闭；接受空气支线流量计的流量信号，并调节空气自动调节阀的开度；接受所述燃料气支线流量计的流量信号，并调节所述燃料气自动调节阀的开度；以及接受所述烟气氧分析仪的烟气氧信号，并调节所述空气自动调节阀和所述燃料气自动调节阀的开度。

6、本公开第二方面采用本公开第一方面所述的系统对管式加热炉进行自动控制的方法，该方法包括：s1、在管式加热炉正常运行时，控制单元接受此时火焰监测器、空气支线流量计、燃料气支线流量计、烟气氧分析仪、燃料气总线流量计和空气总线流量计的信号，并记录所述燃料气总线流量计的流量信号g0和所述空气总线流量计的流量信号a0；s2、当所述控制单元接受到n台燃烧器中有n台火焰监测器的火焰熄灭信号时，控制异常熄灭的n台燃烧器对应的空气自动调节阀和燃料气自动调节阀处于关闭状态；s3、使所述控制单元分别调大正常运行的n-n台燃烧器对应的空气自动调节阀和燃料气自动调节阀的开度，直至所述控制单元接受到正常运行的n-n台燃烧器对应的空气支线流量计的测量值达到第一阈值、燃料气支线流量计的测量值达到第二阈值以及烟气氧分析仪的测量值达到第三阈值；s4、使m台燃烧器重新点燃，当所述控制单元接受到有m个火焰监测器的重新点燃信号时，分别调小正常运行的n-n+m台燃烧器对应的空气自动调节阀和燃料气自动调节阀的开度，直至所述控制单元接受正常运行的n-n+m台燃烧器对应的燃料气支线流量计的测量值达到第四阈值、烟气氧分析仪的测量值达到第三阈值；所述的n为正整数且n≥3；所述的n为正整数，且1≤n≤n/2；所述的m为正整数，且1≤m≤n；所述第一阈值为至所述第二阈值为至所述第三阈值为氧含量为1.5～3vol％，所述第四阈值为至其中，a为0.7～1，优选为0.99；b为1～1.3，优选为1.01。

7、可选地，所述的n为正整数，且n≥8。

8、可选地，所述的n为正整数，且1≤n≤n/4。

9、可选地，所述的m为正整数，且1≤m≤n/2。

10、可选地，该方法还包括，所述燃料气总线流量计的流量信号g0为0.1～10kg/s；所述空气总线流量计的流量信号a0为1.5～150kg/s。

11、可选地，所述管式加热炉的炉体温度在200～1800℃，不停机运行时间为4000～8760h/年。

12、通过上述技术方案，本公开使用控制单元接受各个信号检测器的信号，并通过信号自动控制各个调节阀的开度，能够实现空气量和燃料气量的快速调节，大大提高调节效率，进而减少因调节时间过长造成的间接经济损失。同时，通过控制单元能够自动调节空气和燃料气的用量，能够使空气量和燃料气量的均匀性，进而使得炉膛内的温度分布更为均匀，减缓了炉管内部结焦的速度，有效降低了操作成本。另外，本发明通过自动控制能够减少人工成本，同时能够提升安全性。

13、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。

技术特征：

1.一种管式加热炉自动控制的系统，其特征在于，该系统包括炉体、多个燃烧器(6)、燃料气进料总线、空气进料总线和控制单元(7)；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述炉体包括自上而下依次连通的烟囱(10)、炉体对流段(11)和炉体辐射段(8)；所述炉体内设有加热盘管，所述加热管盘绕设置于所述炉体对流段(11)和炉体辐射段(8)内；

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃烧器(6)的个数n为3个以上；

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元(7)用于：

5.一种采用权利要求1～4中任意一项所述的系统对管式加热炉进行自动控制的方法，其特征在于，该方法包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的n为正整数，且n≥8。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的n为正整数，且1≤n≤n/4。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的m为正整数，且1≤m≤n/2。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法还包括，所述燃料气总线流量计(12)的流量信号g0为0.1～10kg/s；所述空气总线流量计(13)的流量信号a0为1.5～150kg/s。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述管式加热炉的炉体温度在200～1800℃，不停机运行时间为4000～8760h/年。

技术总结
本公开涉及一种管式加热炉自动控制的系统和方法，该系统包括炉体、多个燃烧器(6)、燃料气进料总线、空气进料总线和控制单元(7)；本公开使用控制单元接受各个信号检测器的信号，并通过信号自动控制各个调节阀的开度，能够实现空气量和燃料气量的快速调节，大大提高调节效率，进而减少因调节时间过长造成的间接经济损失。同时，通过控制单元能够自动调节空气和燃料气的用量，能够使空气量和燃料气量均匀分配，进而使得炉膛内的温度分布更为均匀，减缓了炉管内部结焦的速度，有效降低了操作成本。另外，本发明通过自动控制能够减少人工成本，同时能够提升安全性。

技术研发人员：谷长超,蔡建光,张伟乾,韩健,王曦宏,孙毅,艾国
受保护的技术使用者：中国石化工程建设有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17