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1、1,一种加热炉燃烧系统 控制方案 By zhaogd,2,1.加热炉燃烧机理 加热炉燃烧的主要机理可以用下列化学方程式表示：2H2 + 02 2H2O + Q CnH2m + （n+m）02 nCO + mH2O + Q 2CO + 02 2CO2 + Q 将和合并，得：CnH2m + （2n+m）02 nCO2 + mH2O + Q 由上面方程式可以看出，如果在燃烧过程中氧气不充分，则反应进行的不彻底，会有CO产生。为了避免产生CO，在燃烧过程中就必须保证氧气量，也就是保证燃烧过程中燃烧空气的量。,燃料气组分表,3,2.控制流程控制流程见下图。,2.1控制的基本原则炉出口温度在小范围波动时，
2、温度控制器平行控制燃料气流量和燃烧空气流量；炉出口温度在大范围波动时，采用一定的限制来避免非化学平衡式燃烧。 炉出口温度控制器(TICA034)为主控制器，控制燃料气量。温度控制器的输出整定为所需燃料气量。燃料需求量通过低选器(Y16)作用在燃料气流量控制器（FICA030）上；通过高选器(Y17)最终作用在空气流量控制器(FICA028)上。这样保证以一个安全的顺序来调整燃料气控制器和燃烧空气控制器的设定值。,控制流程,4,燃烧系统控制流程图,控制流程,功能块说明,5,控制流程中： Y-3: 燃料气密度补偿模块； Y-6: 设定燃料气最大流量模块； Y-7: 设定燃烧空气最小流量模块； Y-
3、8: 计算所允许燃料气最大流量模块； Y-9: 所需空气量计算模块； Y-16: 低选器，根据实际空气量给燃料气流量控制器一高限值； Y-17: 高选器，根据实际燃料气量给空气流量控制器一低限值； Y-18: 修正燃料气流量值模块； Y-19: 修正燃烧空气流量值模块。,6,2.2控制方案的具体实现 2.2.1减负荷控制加热炉需要减少负荷时，将补偿后的燃料气流量通过计算块（Y7）乘一系数（经典值为0.9，提供10%的余量），然后送至高选器（Y17），再进计算块（Y9）内乘上空燃比，换算为空气流量作为空气流量控制器(FICA028)的外部设定值。其中系数（0.9）有两个作用：第一，当燃料气量要求
4、小范围（不低于原来值的90）减小时，温度控制器(TICA034)的输出将同时作在燃料气流量控制器（FICA030）和空气流量控制器(FICA028)上，平行调节燃料气流量和燃烧空气流量。第二，如果要求燃料气流量减小幅度较大（小于原来值的90），而实际的燃料气流量没有响应，系数将会限制继续减少空气量（最多减小至原来值的90），以防止空气流量过低。此控制系统从平行控制改变为“燃料气主导”的控制系统，燃料气的减少将通过高选器（Y17）选中，进而减小空气量。高选器用于限制空气量，使其随着燃料气量减小而减小。 调节器动作示意见下图：,控制流程,7,95,106,燃料,空气,加热炉,PT050 MIN,F
5、V029,炉出口温度,TRC 034,PT051 MAX,FT028,FV028,FRC 028, A/F,FRC 029,SP,FV029,炉出口温度,TRC 034,PT051 MAX,FT028,FV028,FRC 028, A/F,FRC 029,SP,FV029,炉出口温度,TRC 034,PT051 MAX,FT028,FV028,FRC 028, A/F,FRC 029,SP,FV029,炉出口温度,TRC 034,PT051 MAX,FT028,FV028,FRC 028, A/F,FRC 029,SP,炉出口温度偏低增负荷控制（增幅大于11）交叉限幅控制,SP, A/F, 0
6、.9,转换为空气量,转换为燃料量,假定所需燃料量由100升为120,120,108,120,100,111,90,100,13,注：假定各个变量间为线性关系。,增负荷控制,14,2.2.3 部分火嘴燃烧控制 对于多火嘴加热炉，在燃烧的过程中，往往会发生部分火嘴熄灭，而部分火嘴仍在燃烧的情况。对于装有火焰检测器的加热炉，当部分火嘴熄灭时，会通过分支上的切断阀将熄灭火嘴的燃料气自动切断，而一般燃烧空气分支风道上没有自动切断阀。如果熄灭的火嘴数量在加热炉允许的范围内，并且热负荷也能通过其他燃烧的火嘴补偿回来，可以满足工艺的要求，这时我们需上述控制方案做一些调整。计算块Y18、Y19就用于此。,总切断
7、阀,火嘴1,火嘴2,火嘴N,燃料,空气,加热炉,BS,BS,BS,FT028,FV028,FRC 028,Y 18,15,具体实现如下：我们用Nburners in operation代表正在燃烧的火嘴，用Nburners installed代表实际安装的火嘴数量。Y18、Y19计算公式如下：当部分火嘴熄灭时，燃料气总管的量仍为实际燃烧的燃料气量，而总风道燃烧空气的量并不代表实际参与燃烧的空气量，熄灭火嘴处所对应的燃烧空气并没有切断，而浪费掉了。为此通过计算块Y18将浪费的空气量在别的分支风道上补偿回来。补偿后总风道燃烧空气量则会比实际参与燃烧的空气量变大，在“空气主导”的控制系统里，计算块Y
8、19就是用来计算出实际参与燃烧的空气量，再去调节燃料气量。,16,2.2.4燃料气压力限制 为了避免在燃料气调节过程中燃料气压力过小或过大，为此设两个压力控制器PICA051,PICA050，分别通过低选器(Y008)、高选器（Y009）作用在燃料气调节阀上，限制压力。压力低限的设置与燃料气品质有关，能满足加热炉最小燃烧。压力高限的设置与火嘴耐压等级有关。这两个压力控制器必须锁定在自动模式。,17,2.2.5燃料气密度补偿 燃料气主要是由C1,C2,C3，C4,氢气，以及少量惰性气体组成，在实际燃烧过程中，燃料气组分会有波动，密度也将随之波动。我们知道甲烷中碳含量占：75，乙烷中碳含量占：80
9、，丙烷中碳含量占：81.8，丁烷中碳含量占：82.8，C2C4烯烃中碳含量占：85.7。这些组分的碳含量很接近，如果这些组分配比发生变化时，几乎不影响整个燃料气的碳含量。所以当燃料气组分在小范围内波动时，单位质量燃料气的热值几乎不变，单位体积燃料气在燃烧过程中放出的热量与密度成正比，空燃比（质量比）几乎不变。故只要准确测量出燃料的质量流量就能算出燃料气的热值，以及所需的空气量。如果燃料气组分波动比较大，例如燃料气中惰性气体（氮气）含量波动较大时，单位质量燃料气的热值变化将会很大，空燃比的变化也就很大，此时需要工厂重新化验燃料气组分，重新设定空燃比。燃料气流量(FI029)（kg/h）由密度计（
10、AT001）在计算块（Y3）进行密度补偿，补偿公式为：,18,某厂燃料气组分表,19,2.2.6空燃比的设定 加热炉专业根据燃料气的化学组分计算出理论空燃比（13.66）。而进入燃烧器内的燃烧空气不可能完全参与燃烧，为了保证燃料气能完全燃烧，需要使燃烧空气稍微过量些。我们把实际需要的空气量和理论空气量之比称为过剩空气系数。本控制流程中，空燃比通过手动设定:如果氧分析仪AT002检测到烟气内O2过低或过高时，空燃比通过手操HC091重新设定。,20,UOP I,21,UOP II,22,IFP,23,强制通风炉 安全联锁,24,安全联锁,UOP以及SHELL工艺包把燃料气系统划分为：SIL2，可
11、见加热炉部分的安全联锁之重要。,25,安全联锁,1.强制通风加热炉安全联锁粗分为两个阶段： 点炉阶段 正常生产阶段,总切断阀,火嘴1,火嘴2,火嘴N,26,点炉阶段 允许吹扫：1）允许吹扫条件满足时，DCS画面上“允许吹扫指示灯”亮，提示可以吹扫；2）如果条件不满足将通过逻辑块禁止“自动吹扫按钮”起作用。开始吹扫：1）操作员在DCS画面上按“自动吹扫按钮”，启动吹扫，通过DCS将风道上的调节挡板开度调到最大；2）经过10分钟吹扫后，DCS画面中的“吹扫完毕”指示点亮；3）成功吹扫完毕后通过逻辑块禁止“自动吹扫按钮”再起作用（除非空气流量低于允许吹扫时的设定风量，紧急停车开关发生急停）；4）成功
12、吹扫完毕后将DCS里的风量控制器设为自动调节模式。注：吹扫过程中必须保证：a.一定风量；b.一定时间（可根据具体炉子调节）；c.紧急停车按钮不能触发急停。否则，重新吹扫。,安全联锁,27,点火： 1）点燃长明灯：成功吹扫完毕后，“点长明灯按钮”起作用；操作员在DCS画面上按“点长明灯按钮”打开长明灯支线自动切断阀，人工点燃长明灯，要求在15分钟内将主嘴点燃否则该长明灯将熄灭。注：在打开第一个长明灯时，同时打开长明灯总阀。 2）点燃主火嘴：长明灯点燃后，对应的“点主火嘴按钮”起作用；操作员在DCS画面上按“点主火嘴按钮” 打开主燃料气支线自动切断阀，点燃主火嘴，主火嘴应在点燃命令发出5秒内点燃，
13、否则该主火嘴的切断阀将关闭；成功点燃主火嘴5秒后将熄灭对应的长明灯，此后长明灯可以随时重点，并在15分钟后自动熄灭；在点火嘴的过程中如果发生点燃的火嘴熄灭的现象，1分钟后允许重新点火，DCS画面的“禁止点炉灯” 亮。注：在打开第一个主火嘴时，同时打开主燃料气总阀。3）紧急停车：每个火嘴有单独的急停按钮，可分别熄灭单个火嘴，当三个火嘴都熄灭是主燃料气总阀关闭。,安全联锁,28,正常生产阶段发生以下情况时停炉 工艺要求（如反应器温度高高）； 燃料气压力过高；燃料气分液罐液位过高；燃烧空气量过低；火焰检测器检测到火熄灭。,安全联锁,最小燃烧模式： 启动最小燃烧模式30秒后如果燃料气压力仍然高于0.03MPa(g) ，则停加热炉；在检查燃料气压力期间禁止最小燃烧模式复位。,
