燃气加热炉燃烧控制方法的分析与讨论

王海群 张亚

摘要：随着经济的发展和社会生产、生活水平的提升，石油系统在很多方面都必须获得较大的进步，不能总是停留在基础的层面上。燃气加热炉是石油系统的重要组成部分，其主要设置的地方在于井口、联合站、计量站、接转站等等，主要是用来提高被输送介质温度，由此来达到其需要的工艺温度，最终将运输、分离、粗加工等工艺进行有效的落实。所以，在燃气加热炉的运转过程中，必须针对燃烧控制方法进行深入的研究，既要在整体上予以良好的控制，又要在经济性方面达到标准。文章就此展开深入讨论，并且提出合理化建议。

关键词：燃气；加热炉；控制；讨论

引言

在长庆油田，使用的燃气加热炉主要包括火筒式直接加热炉、火筒式间接加热炉、立式管式加热炉、卧式管式加热炉、导热油加热炉、真空加热炉和相变式加热炉。不同形式的加热炉在结构上存在一定的差异，但在燃烧控制上基本相同。与一般设备有所不同，燃气加热炉在运转的过程中，燃烧控制方法表现为多样化的特点，有很多方法都可以达到“控制”的效果。可对于具体的工作成果而言，仅有少数的方法，可以达到预期效果。在现阶段的社会发展中，石油已经成为了一种不可或缺的资源，自身表现为不可再生性，倘若燃气加热炉的燃烧控制方法达不到要求，则会导致石油系统的部分工作，无法正常的实现目标，最终导致石油加工、生产、运输遇到较多的阻碍，对国内的建设产生不利影响。今后，我们仍然需要针对燃气加热炉的燃烧控制方法深入研究，来推动工作水平的提升。

燃气加热炉是热轧生产过程的重要热工设备，其能耗占到钢铁工业总能耗的25%。加热炉温度控制性能直接影响到能耗大小、环境污染和最终钢材产品质量、钢坯成材率、轧制设备寿命以及整个轧制生产线的有效作业率。但是加热炉的燃烧过程受多种随机因素干扰，控制对象具有大惯性环节、时变性及非线性（调节阀死区、滞环、延迟等）特性，对于这种复杂的控制对象，即使是经验丰富的操作工，也很难全面考虑各种因素的影响进行准确的控制。因此，对加热炉之类的工业炉窑燃烧机理进行分析，并建立良好的炉温自动控制的理论算式，使控制系统在高效节能的工况下运行，对实现节能降耗和降低对环境的污染有着极其重要的意义。

1 燃烧机理分析

加热炉以高炉、焦炉混合煤气为燃料，分多个控制区。每个控制区燃烧过程是燃气的氧化过程。当燃气燃烧时，火焰温度的高低并不由燃料数量的多少来决定，而取决于燃料是否完全燃燃气加热炉在应用过程中，会采用不同的燃料来完成燃烧处理。例如，在长庆油田当中，其采用的燃气，主要是来自于石油当中的伴生气以及气井。燃气加热炉自身划分为多个控制区域。现阶段所应用的燃气加热炉，控制区域包括预热段、二上段、一上段、均下段等等，每个部分都是环环相扣的，所以在燃烧控制方面，难度并不低。在燃气加热炉的燃烧过程中，各个控制区域的燃烧过程，可以直接看作是燃气的氧化过程，这样一来，就对燃烧机理进行了简单的定义，具体的操作也会简便一些。在燃气的燃烧过程中，火焰本身的温度，有很多的决定性因素，但其与燃烧数量的多少，并没有直接的关系。火焰的温度情況，与燃料是否充分的燃烧，燃料是否充分的发出最大的热效率，具有很大的关联。这两个方面均可以作为燃烧控制的重点来对待。经过系统的分析后认为，燃烧系统运转时，其燃烧质量与空气本身的过剩率存在非常密切的关系。空气过剩率的表述，可以通过空燃比来进行，主要指的是空气和燃气的具体配比情况。在理想的混合状态下，理论量的空气即可以保证完全燃烧。但在实际的燃烧装置中，“三T”条件不可能达到理想化的程度，因此为使燃料完全燃烧就必须供给过量的空气。在研究过程中，一般是将u设定为剩余空气系数将r设定为空燃比。经过计算后发现，当u>1.10时，空气表现为过剩的状态，会直接影响到加热的质量，同时还导致烟气当中，带走了很多的热量，但燃气加热炉的烟气也未得到有效的循环利用。这时的燃烧系统，在热效率方面表现为过低的状态。

2燃烧控制策略

双交叉限幅控制就燃气加热炉本身而言，其在燃烧控制工作上，需要从很多的内容出发，不能单纯的利用一两项策略，直接将燃烧问题解决。开展燃烧控制的目的，在于更好的节约能源，针对燃气加热炉的运转起到保护作用、巩固作用，为石油系统的工作，提供更多的直接帮助和保障。为此，提出了一种“燃气加热炉——双交叉限幅控制”的方法，该方法在很多方面都具有较高的可行性，深入分析后，可以为燃烧控制提供足够的支持。

燃气加热炉的负荷发生变化后，常规的双交叉限幅控制，主要是针对系统燃气、空气流量变化速度，进行有效的控制。这样操作的优势在于，能够对最佳的空燃比进行有效的保证。但是，如此操作的劣势也表现的非常突出，其会直接降低系统的响应速度，导致燃气加热炉的运转效率出现下降的情况。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优化。

双交叉限幅控制的理念的确能够为燃气加热炉的燃烧控制提供一定的帮助，但在具体的方法上需要得到优化处理。为此，建议在应用双交叉限幅控制的方法时，可以考虑融入加热炉温度的实际控制值，以及设定值。从理论上分析，这两项指标的控制，能够有效的设定偏置函数，结合具体指标的变化，在偏置量取值方面，能够得到更好的效果。除此之外，以目前的科学技术、设备而言，可以直接在燃气加热炉当中，设定变偏置——双交叉限幅控制系统，该系统在设定后，能够为燃烧控制提供更多的帮助，减少内部的缺失问题。

偏置函数在设定后，必须进行深入的分析和计算。考虑到燃气加热炉本身的特点以及燃烧控制的各项目的，偏置函数的取值过程中，可以依据试验来完成，选择一组系统性能表现最优的函数值，由此来建立“温度——偏置函数取值表”，最终在取值上达到精确性的目的。

3 双交叉限幅燃烧控制

燃气加热炉的运转过程中，燃烧控制方法的的执行，必须从相关的影响因素来出发，否则仅仅是在表面上控制，并不能取得理想的效果。双交叉限幅燃烧控制的方法，其主要是针对副闭环回路的空气流量进行控制，同时还会对煤气流量进行控制，主要是通过具体的设定值来进行控制。这种双向控制方法，能够在很多方面提高燃烧的效率和质量，确保充分燃烧，得到更好的运转目的。双交叉限幅燃烧控制在应用的过程中，会将高值选择器、低值选择器同时进行应用，利用二者的相互制约特点，防止负荷的变化过快现象，并且针对燃料过剩、空气过剩的问题进行充分的解决，在本质上实现了过氧燃烧、缺氧燃烧现象的产生，达到了燃烧控制的目的。双交叉限幅燃烧控制在应用后，能够对燃料流量、空气流量两个方面，做出有效的控制，促使两项指标，能够在合理的比值上，达到交替上升的效果，而具体的空燃比，将会保持在合理的范围内，不会出现太多的浪费现象，这对燃气加热炉的长久、稳定运转，提供了很多的帮助。为确保燃烧控制系统在扰动和负荷急增或急减时，均能在空微过剩状态下燃烧，在稳态时，系统具有两个并联副回路的串级调节系统。

4双交叉限幅控制的数学分析及描述

其中温度控制回路作为主回路，燃气流量回路和空气流量回路并联作为副回路。交叉限幅部分是为了改善系统的动态性能，保证在动态过程中空燃比维持在一定的范围。双交叉限幅燃烧控制采用对副闭环回路的空气流量控制和煤气流量控制的设定值进行限幅，通过高值和低值选择器相互制约来防止负荷变化很快时出现的燃料或空气过剩，从而避免过氧和缺氧燃烧现象的产生。这样，燃料流量和空气流量会严格地按照一个合理的比值交替上升，使实际的空燃比保持在合理的范围之内。由于燃料、空气流量系统中检测值不可避免的有随机波动，从而会引起高、低选择器不必要的频繁切换给系统带来波动。一般地，缺氧燃烧不但燃气的燃值不能充分释放而造成热损失，还会造成冒黑烟和燃气能源的浪费，而过氧燃烧主要是造成热损失。

总结：

本文阐述了燃气加热炉的燃烧机理，对燃烧控制系统的双交叉限幅控制思想进行了分析，并用数学描述方法剖析了系统在燃烧动态过程中的燃烧控制特性，从而使燃气加热炉的控制系统能始终保持在最佳的燃烧控制状态。具体的判断算式为实际控制系统的计算机编程提供了依据本文对燃气加热炉燃烧控制方法展开讨论，从目前的执行效果来看，双交叉限幅控制的方法，针对燃气加热炉是比较匹配的，不仅在操作上比较简单，同时能够确保燃气加热炉迅速的响应，自身的系统也得到了更新，整体上符合石油系统的需求。日后，应在燃烧控制方法上不断的优化，设定更多的控制方案，创造出更大的经济价值和社会价值

参考文献

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