本发明涉及加热炉
技术领域：
，特别涉及一种加热炉调参优化分析方法及系统。
背景技术：
：在油田联合站中，人们通常使用加热炉对其处理介质进行加热来满足油田生产需要，所以加热炉运行效率的高低对油田联合站的节能及经济效益有直接影响，比如由于燃料量和空气量配比不合理等问题，导致加热炉运行效率偏低，运行不经济。目前，油田联合站会定期对加热炉进行调参优化分析，但是往往都不考虑加热炉自身的问题，而由于加热炉结构、使用年限等不同，其内壁及加热盘管垢阻也不相同，加热炉垢阻的变化势必会影响整个调参优化分析结果的准确性，现有的优化分析方法缺乏对加热炉参数的可靠性分析，对每一台加热炉并不具有针对性，现场工作人员面对上述情况时，即使通过优化分析也不能得到准确的最优燃料量和最优过量空气系数等。技术实现要素：为了能够更准确的掌握加热炉参数是否合理以及更合理的优化加热炉的各项参数，本发明提供了一种加热炉调参优化分析方法及系统，其中，加热炉调参优化分析方法包括：利用现场测定的加热炉的燃料参数和热平衡参数，对加热炉进行反方向热力计算，得到当前加热炉的污垢热阻，然后基于计算出的加热炉的污垢热阻，进行优化计算。其中，所述加热炉的污垢热阻包括：盘管垢阻、加热炉火筒垢阻和加热炉烟管垢阻。所述现场测定的燃料参数包括：燃料量、燃料成分、烟气含氧量，所述热平衡参数包括烟气含氧量、一氧化碳含量、排烟温度、炉体表面温度和环境温度；所述反方向热力计算的计算过程具体为：步骤S101：根据燃料参数，计算得出烟气量、烟气焓值、烟气成分；步骤S102：根据热平衡参数，采用反平衡方法计算散热损失q5、排烟热损失q2和不完全燃烧热损失q3，然后再依据如下公式(1)计算出热效率：η＝100-q2-q3-q5(1)步骤S103：根据现场采集的加热炉的燃料耗量B和通过实验分析获取的燃料热值Qr，依据公式(2)计算出加热负荷Q：步骤S104：根据步骤(3)得出的加热负荷Q，依据公式(3)计算出原油流量M：式中，cp为原油比热，通过计算得到；ti、to分别为原油进出盘管的温度，通过现场采集得到；步骤S105：根据步骤(4)计算得到的原油流量M，依据公式(4)计算出盘管内原油换热系数hp：式中，λ为原油导热系数，根据原油进出口温度计算；Re为原油雷诺数，根据盘管结构、原油流量、原油温度计算出；Pr为原油普朗特数，根据原油进出口温度得到；μ为原油平均温度下动力粘度；μw为原油在壁温下动力粘度；Dc为盘管内直径；Lc为盘管轴线计算长度；步骤S106：根据步骤(4)和步骤(5)得到的加热负荷Q原油换热系数hp，依据公式(5)计算出盘管垢阻rp：式中，Δtp为盘管传热温差，通过原油进出盘管温度和水浴温度计算得到；Fp为盘管传热面积，由加热炉的结构计算出；步骤S107：根据步骤(4)得到的加热负荷Q，依据公式(6)计算出加热炉垢阻rj：式中，Δtj为加热炉传热温差，通过烟气进出加热炉温度和水浴温度计算得到；Fj为加热炉传热面积，由加热炉的结构计算出；hj为加热炉内烟气换热系数。所述优化计算的计算过程如下：步骤S201：根据燃料成分和预设的过量空气系数，进行燃料燃烧计算；步骤S202：预设排烟温度，进行热平衡计算；步骤S203：预设火筒出口温度，计算火焰平均温度和火筒热平衡热量Qf；步骤S204：计算火筒结构参数、火筒黑度、火焰平均温度；步骤S205：根据计算的污垢热阻，依据公式(7)计算火筒管壁温度、火筒传热量Qf1：式中，ab为火筒壁面黑度，一般取为0.85；ah为火焰黑度，由火焰成分和火筒出口温度计算得出；Af为火筒传热面积，由加热炉的结构计算出；Th为火焰平均温度，可根据燃料特性、火筒出口温度计算；Twf为火筒壁面温度，可根据火筒热平衡热量、计算得出的加热炉污垢热阻计算得出，具体计算公式为：式中，Qf为火筒热平衡热量；Af为火筒传热面积；tsy为水浴温度；rj为计算得出的加热炉垢阻；步骤S206：计算火筒热平衡热量Qf和Qf1的差值，并判断差值是否小于预设值ε，若二者差值大于预设值ε，则返回到步骤S203，按照预设值步进增加预设火筒出口温度，若二者差值小于预设值ε，则进行步骤S207；步骤S207：根据火筒结构参数和排烟焓值，计算烟管热平衡热量Qs；步骤S208：根据计算出的污垢热阻，依据公式(8)计算传热系数、传热温差和烟管传热量Qs1：式中，hj为烟管内烟气的换热系数；rj为计算得到的加热炉垢阻；As为烟管传热面积，由加热炉的结构计算出；Δtj为传热温差，根据排烟温度、火筒出口烟温、水浴温度计算得出；步骤S209：计算烟管热平衡热量Qs和烟管传热量Qs1的差值，并判断差值是否小于预设值ε，若二者差值大于预设值ε，则返回到步骤S201，按照预设增值增大预设火筒出口温度，若二者差值小于预设值ε，则优化计算结束，得到最优燃料量和最优过量空气系数。所述分析方法还包括构建加热炉参数数据库步骤。其中，所述加热炉参数数据库包括：燃料成分数据库、加热炉运行参数数据库、加热炉结构参数数据库。所述加热炉运行参数包括：燃料量、原油相对密度、原油含水率、原油流量、原油进口温度、原油出口温度和风量。所述加热炉结构参数包括：火筒长度、火筒直径、烟管数量、烟管长度、烟管内直径、烟管管程、盘管数量、盘管长度、盘管直径、盘管管程、炉体长度和直径。为了更好的实现上述发明目的，本发明还提供了一种加热炉调参优化分析系统，包括烟气分析仪和与烟气分析仪连接的数据处理系统；所述烟气分析仪：用于采集烟气量、烟气成分、烟气温度、环境温度和炉体表面温度的装置；所述数据处理系统：用于记录并存储加热炉参数数据库的各项参数，以及调取现场测定的加热炉的燃料参数和热平衡参数，对加热炉进行反方向热力计算，得到当前加热炉的污垢热阻，以及基于计算出的加热炉的污垢热阻，进行优化计算，最终得出最优燃料量和最优过量空气系数的装置。本发明的有益效果是：本发明的优化分析方法对每个加热炉进行污垢热阻进行计算，并结合污垢热阻进行优化计算，具有很强的针对性和可靠性，能够更加准确的指导现场工作人员对加热炉进行调参，避免现场工作人员对加热炉盲目调参。附图说明图1为本发明实施例1中优化分析方法的流程图。具体实施方式本发明针对传统加热炉调参优化方法不具有针对性，可靠性低的问题，本发明提供了一种基于不同加热炉的特定垢阻进行优化计算，能够得到更为准确的优化结果。具体的，本发明包括两大步骤，先通过试算(包括燃烧计算、热平衡计算、传热计算)出满足当下加热炉运行条件下的污垢热阻；然后再基于当前加热炉特定的垢阻，优化计算(假定排烟温度进行循环计算，使传热量和热平衡热量满足误差要求)出给定较小过量空气系数下的燃料量，基于这个燃料量和过量空气系数调节加热炉。本发明不仅避免调控的盲目性，而且还能够减小调节的反复次数，能尽量保证加热负荷的稳定。为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。实施例1本发明实施例提供了一种加热炉调参优化分析方法，分析方法包括：利用现场测定的加热炉的燃料参数和热平衡参数，对加热炉进行反方向热力计算，得到当前加热炉的污垢热阻，然后基于计算出的加热炉的污垢热阻，进行优化计算。其中，加热炉的污垢热阻包括：盘管垢阻、加热炉火筒垢阻和加热炉烟管垢阻。现场测定的燃料参数包括：燃料量、燃料成分、烟气含氧量，所述热平衡参数包括烟气含氧量、一氧化碳含量、排烟温度、炉体表面温度和环境温度。具体的参见图1：(一)反方向热力计算的计算过程具体为：步骤S101：根据燃料参数，计算得出烟气量、烟气焓值、烟气成分；步骤S102：根据热平衡参数，采用反平衡方法计算散热损失q5、排烟热损失q2和不完全燃烧热损失q3，然后再依据如下公式(1)计算出热效率：η＝100-q2-q3-q5(1)步骤S103：根据现场采集的加热炉的燃料耗量B和通过实验分析获取的燃料热值Qr，依据公式(2)计算出加热负荷Q：步骤S104：根据步骤(3)得出的加热负荷Q，依据公式(3)计算出原油流量M：式中，cp为原油比热，通过计算得到；ti、to分别为原油进出盘管的温度，通过现场采集得到；步骤S105：根据步骤(4)计算得到的原油流量M，依据公式(4)计算出盘管内原油换热系数hp：式中，λ为原油导热系数，根据原油进出口温度计算；Re为原油雷诺数，根据盘管结构、原油流量、原油温度计算出；Pr为原油普朗特数，根据原油进出口温度得到；μ为原油平均温度下动力粘度；μw为原油在壁温下动力粘度；Dc为盘管内直径；Lc为盘管轴线计算长度；步骤S106：根据步骤(4)和步骤(5)得到的加热负荷Q原油换热系数hp，依据公式(5)计算出盘管垢阻rp：式中，Δtp为盘管传热温差，通过原油进出盘管温度和水浴温度计算得到；Fp为盘管传热面积，由加热炉的结构计算出；步骤S107：根据步骤(4)得到的加热负荷Q，依据公式(6)计算出加热炉垢阻rj：式中，Δtj为加热炉传热温差，通过烟气进出加热炉温度和水浴温度计算得到；Fj为加热炉传热面积，由加热炉的结构计算出；hj为加热炉内烟气换热系数。(二)优化计算的计算过程如下：步骤S201：根据燃料成分和预设的过量空气系数，进行燃料燃烧计算；步骤S202：预设排烟温度，进行热平衡计算；步骤S203：预设火筒出口温度，计算火焰平均温度和火筒热平衡热量Qf；步骤S204：计算火筒结构参数、火筒黑度、火焰平均温度；步骤S205：根据计算的污垢热阻，依据公式(7)计算火筒管壁温度、火筒传热量Qf1：式中，ab为火筒壁面黑度，一般取为0.85；ah为火焰黑度，由火焰成分和火筒出口温度计算得出；Af为火筒传热面积，由加热炉的结构计算出；Th为火焰平均温度，可根据燃料特性、火筒出口温度计算；Twf为火筒壁面温度，可根据火筒热平衡热量、计算得出的加热炉污垢热阻计算得出，计算公式为：式中，Qf为火筒热平衡热量；Af为火筒传热面积；tsy为水浴温度；rj为计算得出的加热炉垢阻；步骤S206：计算火筒热平衡热量Qf和Qf1的差值，并判断差值是否小于预设值ε，若二者差值大于预设值ε，则返回到步骤S203，按照预设值步进增加预设火筒出口温度，若二者差值小于预设值ε，则进行步骤S207；步骤S207：根据火筒结构参数和排烟焓值，计算烟管热平衡热量Qs；步骤S208：根据计算出的污垢热阻，计算传热系数、传热温差和烟管传热量Qs1：式中，hj为烟管内烟气的换热系数；rj为计算得到的加热炉垢阻；As为烟管传热面积，由加热炉的结构计算出；Δtj为传热温差，根据排烟温度、火筒出口烟温、水浴温度计算得出；步骤S209：计算烟管热平衡热量Qs和烟管传热量Qs1的差值，并判断差值是否小于预设值ε，若二者差值大于预设值ε，则返回到步骤S201，按照预设增值增大预设火筒出口温度，若二者差值小于预设值ε，则优化计算结束，得到最优燃料量和最优过量空气系数。其中，分析方法还包括构建加热炉参数数据库步骤。加热炉参数数据库包括：燃料成分数据库、加热炉运行参数数据库、加热炉结构参数数据库；加热炉运行参数包括：燃料量、原油相对密度、原油含水率、原油流量、原油进口温度、原油出口温度和风量；加热炉结构参数包括：火筒长度、火筒直径、烟管数量、烟管长度、烟管内直径、烟管管程、盘管数量、盘管长度、盘管直径、盘管管程、炉体长度和直径。实施例2本发明实施例提供了一种加热炉调参优化分析系统，包括烟气分析仪和与烟气分析仪连接的数据处理系统；所述烟气分析仪：用于采集烟气量、烟气成分、烟气温度、环境温度和炉体表面温度的装置；所述数据处理系统：用于记录并存储加热炉参数数据库的各项参数，以及调取现场测定的加热炉的燃料参数和热平衡参数，对加热炉进行反方向热力计算，得到当前加热炉的污垢热阻，以及基于计算出的加热炉的污垢热阻，进行优化计算，最终得出最优燃料量和最优过量空气系数的装置。具体的，数据处理系统的处理方法包括实施例1中反方向热力计算的计算过程和优化计算的计算过程。本发明还提供了一采用本发明对某一加热炉进行优化调控的示例：加热炉相关参数如表1、表2和表3所示，其中，表1是已知燃料特性，表2为加热炉结构参数，表3为当前运行参数实测值，表4为校核计算的垢阻和其它参数，表5为优化调控结果。表1加热炉的燃料特性CH4CmHnN2CO2含湿热值91.33％7.26％1.23％0.18％5.0g/m335440kJ/m3表2加热炉结构参数表3加热炉运行实测参数表4试算结果表5优化结果加热炉效率过量空气系数燃料量排烟温度84.9％1.3233.4m3/h234℃参考利用本发明的优化方法得出的优化结果对加热炉进行调参，与传统的优化方法相比具有以下优点：(1)调节的快速性好；传统的方法不能得知准确的最优的燃料量和空气量，那么调节时就需要多次的试凑，这样就会耗时长、影响原油的加热效果；(2)调节的针对性强；本发明的方法可以快速计算出每一台加热炉最优燃料量和空气里，以往调节都不区分加热炉的个体差异(传热面积、结垢状况等)，调节比较盲目；(3)可实现定负荷调优。因空气量和燃料量影响加热炉传热，而传统调节时，不知道目标燃料量和空气的量，需要试调，这个过程必然引起原油温度的波动，影响生产，而基于本发明的优化结果进行调参，能保证原油出口温度基本不变。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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