综合加热炉（精选9篇）
综合加热炉 篇1
工艺加热炉作为炼油、化工生产装置的主要耗能设备, 其燃料消耗在炼化企业能耗中的比例占30%～40%[1]。近几年, 随着节能改造的不断实施, 我国炼化企业工艺加热炉热效率得到提高, 但仍存在自动化程度低、排烟温度高、散热损失大等问题, 仍然具有一定的节能潜力。对企业加热炉的运行情况进行评价, 分析其节能潜力, 有助于针对性地采取措施提高加热炉的运行水平。
目前石化行业在加热炉节能监测结果的评价中, 对于排烟温度、炉体外表面温度、烟气氧含量、过剩空气系数、热效率五个指标, 仅限于合格与不合格的评价[2], 或者在实际评价中仅靠热效率进行单指标的评价。而热效率只是直接反映了加热炉对热能利用程度, 有时热效率达标但局部损失可能不达标, 因此, 对加热炉的节能运行情况要进行多指标的综合评价。
本文引入基于熵权法和层次分析法 (Analytic Hierarchy Process, 简称AHP) 的主客观组合赋权法对五项评价指标确定权重, 并运用灰色关联度法对加热炉节能运行情况进行分析, 计算后的评价结果更科学客观, 能为加热炉的节能技改提供更多有价值的参考依据。
1 炼化工艺加热炉节能运行评价指标
炼化加热炉节能监测的指标为烟气温度、炉体外表面温度、烟气氧含量、过剩空气系数和热效率。前四项反映了炉子在排烟热损失、未完全燃烧热损失和散热损失的情况。
1.1 排烟温度
排烟温度指在烟气离开最后传热面处, 即在烟气余热回收段的烟气出口处的温度;当没有烟气余热回收段时, 则在对流段烟气出口处的温度。排烟温度高, 烟气带走的热量多, 加热炉效率低。降低排烟温度要以尽量不发生低温露点腐蚀为原则, 具体数值由烟气组成确定。
1.2 炉体外表面温度
炉墙的外表面温度直接反映炉体保温的好坏, 关系到散热损失和安全问题。外壁温度过高, 散热损失大, 加热炉热效率低;外壁温度低, 可提高加热炉效率, 但炉墙要厚, 一次投资增加。炉墙的外表面温度应按既经济又合理的原则来确定。
1.3 烟气氧含量
在保证燃料充分燃烧的前提下降低氧含量, 提高加热炉热效率。若氧含量过高, 则说明进入加热炉的空气量较多, 多余的氧气作为烟气排放, 将带走部分热量, 增大排烟损失。有时加热炉炉体漏风, 为保证烟气氧含量达标而人为关小烟道挡板或风门就容易产生CO含量过高的问题。
1.4 过剩空气系数
工业加热炉总是要在一定过量空气量的条件下才能完全燃烧。燃烧所用实际空气量与理论空气量之比叫做过剩空气系数。在实际操作中, 如果过剩空气量增加, 排烟时大量的过剩空气将热量带走排入大气, 使得排烟损失增加, 热效率降低, 见图1。
图1表示在不同的排烟温度下, 过剩空气系数每增加0.1对热效率下降值的影响[1]。由此可见, 降低过剩空气系数可以有效地减少排烟损失, 提高热效率。
1.5 热效率
加热炉热效率是反映加热炉整体运行水平的重要指标。影响加热炉热效率的主要因素有排烟温度的高低、过剩空气系数大小、炉体保温情况及其散热损失、燃料完全燃烧程度。热效率的计算一般采用反平衡法。
2 评价指标的主客观赋权法
加热炉的节能运行评价是多指标综合评价问题, 必须确定科学合理的指标权重。赋权方法分为主观赋权法和客观赋权法。主观赋权法包括专家咨询 (Delphi) 法、AHP法等, 客观赋权法包括熵权法、相关系数法等。
2.1 熵权法
熵在信息论中用来度量数据所提供的有效信息量。当评价对象在某项指标上的值相差较大时, 提供的有效信息量大, 则该指标的权重较大;反之, 若某项指标的值相差较小, 则权重也较小;在某项指标上值完全相同时, 应考虑从评价指标中去除。因此, 可以根据各个指标指标值的差异程度, 通过熵值计算各指标的权重。具体步骤[3]如下:
设有m个评价对象为X= (X1, X2, ..., Xm) , 对n个评价指标进行评价得到评价矩阵Aij={xi (j) } (xi (j) 为第i个指标的值) 。对于给定的评价指标j, xi (j) 的差异越大, 则评价区分度的信息越大。信息熵函数表达式为:
式中:k=-1/ (ln m)
可进一步定义评价矩阵的总熵为
则wj可度量不同指标的区分能力, 也即各指标权重信息。
2.2 层次分析法
层次分析法 (AHP) 是美国运筹学家T.L.Saaty教授于20世纪70年代初提出的一种定性与定量分析相结合的多指标决策方法, 是一种主观赋权方法。它通过两两比较的方式, 结合“1～9比率标度”, 确定分层结构不同指标的权重, 并对专家判断的一致性进行检验, 若一致性不符合要求, 允许重新判断决策, 从而将复杂、模糊的问题简化、量化。该方法能模型建立和求解较简便, 也能有效地降低专家的个人偏好对打分的影响。
2.3 主客观组合赋权法
熵权法的突出优点是:权重系数客观性强, 是由指标数据矩阵的计算得出。但赋权法的结果中最重要的指标不一定就有最大的权重系数, 解释性不好。因此, 还必须结合层次分析法, 弥补单纯熵权法的缺陷。在实际确定指标的权重中, 可根据需要将主观赋权法和客观赋权法, 采用合适的组合方式构造组合权值, 称之为组合赋权法[4]。组合赋权可以弥补单纯使用主观赋权法或客观赋权存在的缺点, 减少随意性。
设主观赋权法得出的权重向量为ω'= (ω'1, ω'2, ω'3, …ω'n) T, 由客观赋权法得出的权重向量为ω''= (ω''1, ω''2, ω''3, …ω''n) T, 以α、β作为两种权重向量的加权系数, 则一般最终权向量表示为:
为了使主观信息和客观信息在排序中得到充分体现, 考虑由主观权重确定的加权属性值与客观权重确定的加权属性值趋于一致, 建立α和β的最优化模型。主客观评价信息的偏离程度为:
采用线性权和法化成如下的单目标规划模型:
解此模型:
将计算出的α、β带入式 (4) 即可求出主客观组合权重w。
3 灰色关联度综合评价
灰色关联分析的基本原理是:通过对系统数列与参考数列几何关系的比较来分清综合评价中多个指标的关联程度, 序列曲线的几何形状越接近, 则它们之间的关联度越大, 反之越小[5]。利用灰色理论建立的方法模型, 能较好地克服评判过程中人为因素对评价结果的影响, 为方案排序的解析化、定量化提供更为有力的手段。
设X0={x0 (j) , j=1, 2, …, n}为参考数据序列, Xi={xi (j) , j=1, 2, …, n;i=1, 2, …, m}为评价数据序列, 即共有m个评价数据序列, 每个序列共有n个指标, 根据邓氏经典灰色关联法, 式 (10) 表示第i个评价数据序列与参考数据序列在对应的第j个指标的相对差值, 即关联系数为ξ0i (j) :
式中δ为分辨系数, 是为了避免最大极值过大而造成关联系数的失真, 以提高关联系数之间的差异显著性而人为规定的系数, 取值范围δ∈[0.1, 1], 一般取0.5。
其中wj为主客观赋权法计算出的权重系数, 比较序列与参考数据序列的指标曲线越相似, ri就越大, 该比较序列就越优。
4 加热炉节能运行的综合评价及编程实现
以新疆某两家石化公司为例, 对其使用加热炉的节能运行情况进行综合评价。据标准[2], 不同热负荷的加热炉受客观条件限制, 热效率、排烟温度、过剩空气系数等指标所能达到的最好值是不同的, 合格的指标也有所不同。因此, 根据热负荷大小分为大于20 MW、10～20 MW、5～10 MW、小于5 MW等四个组, 实测指标数据见表1～表4。
4.1 无量纲化处理
排烟温度、炉体外表面温度、烟气氧含量、过剩空气系数为负向指标, 指标值越小越好;热效率为正向指标, 指标值越大越好。指标数据的无量纲化处理分别采用式 (12) 、式 (13) :
正向指标无量纲化:
负向指标无量纲化:
4.2 确定权重
加热炉节能运行的综合评价中, 采用主客观组合赋权法来确定各评价指标权重最为理想。首先, 采用熵权法计算四组指标的权重, 根据公式 (1) 、 (2) 和 (3) 计算, 所得权重值见表5。
从主观因素分析, 各组加热炉的指标重要性不因负荷变化而变化, 因而只有一组权重。采用层次分析法, 通过合理选取专家, 进行咨询打分, 其中一位专家的所得判断矩阵见表6。
经计算, 该判断矩阵满足一致性检验, 综合5位专家的咨询结果, 得出主观权重为[0.287 5, 0.075, 0.05, 0.15, 0.437 5]。以热负荷大于20 MW一组为例, 根据式 (8) (9) , 计算得到α=0.57, β=0.43。从而反映主客观信息的组合权重向量为:w=0.57ω'+0.43ω'', 最终权重为[0.215 9, 0.155 4, 0.155 4, 0.180 1, 0.293 2]。其他三组的权重以相同的方法算得, 见表7。
4.3 关联度计算
四组炼化工艺加热炉的指标值分别进行灰色关联度的计算, 以每组各个指标值的最优值组成参考数据序列, 根据公式 (11) 、 (12) , 计算得到关联度及其排名。关联度越大, 说明加热炉的节能情况最好, 由此可以得到两家石化公司工艺加热炉运行综合评价的优劣排序。通过关联度值的大小分为七个等级, 划分规则见表8。
可以得到加热炉等级分布图 (图2) , 纵坐标表示各个等级加热炉的台数。等级1、等级2的加热炉节能运行情况最好, 等级6、等级7的加热炉用能情况较差, 因而在进行加热炉的节能改造时优先考虑等级6与等级7的加热炉, 尤其是编号A1008、B1010、A1005、A1002四个等级7的加热炉, 在节能改造计划时应优先考虑。
4.4 Excel VBA编程实现
VBA (Visual Basic For Application) 是依附在Excel中的二次开发语言, 可以编写代码使程序自动执行, 完成复杂的运算。在加热炉节能运行评价的计算中, Excel表格作为前台指标数据、权重数据、综合评价值的输入和输出, VBA程序代码在后台提供计算步骤, 并通过按钮实现计算结果的输出。编程的算法流程图见图3。
5 结论
1) 在炼化企业工艺加热炉节能运行的多指标评价体系中, 提出了基于熵权法和层次分析法 (AHP) 组合的主客观赋权法。熵权法可以充分利用指标数据所蕴含的信息量, 层次分析法有较强的解释性, 结合两者优点, 由数学规划模型将客观权重和主观权重加权综合, 计算得出的结果较好地反映了权重的客观程度和主观解释性, 更具有科学合理性。
2) 采用灰色关联度法作为加热炉节能运行综合评价的方法, 包括加热炉按负荷分类, 确定参考数据序列和比较序列, 原始数据的无量纲化处理, 计算灰色关联系数及关联度。
3) 利用Excel VBA编程工具, 将复杂的数据计算用代码实现, 仍然在Excel表中实现数据的输入和计算结果的输出。该编程工具简单易懂, 大大简化了综合评价的计算过程。
摘要：对工艺加热炉的运行情况进行综合评价, 是炼化企业设备节能管理的一项基础性工作。采用基于熵权法和层次分析法的主客观组合赋权法, 确定排烟温度、炉体外表面温度、烟气氧含量、过剩空气系数和热效率等五项指标的权重系数。对新疆两家石化企业的加热炉按热负荷大小分为四组, 采用灰色关联度法进行节能运行的综合评价, 通过比较关联度的大小得到节能情况的排序, 为企业加强加热炉的节能管理提供了可靠的依据。采用Excel VBA编程简化了加热炉评价计算过程, 为企业评价加热炉运行状况提供了便利。
关键词：工艺加热炉,熵权法,层次分析法,灰色关联,主客观组合赋权法
参考文献
[1]钱家麟.管式加热炉 (2版) [M].北京:中国石化出版社, 2003:521-524.
[2]Q/SY1066-2010.石油化工工艺加热炉节能监测方法.
[3]成庆林, 李秀娟, 吴照云.油田加热炉节能运行的灰色关联综合评价[J].科学技术与工程, 2011, 11 (24) :5941-5944.
[4]王中兴, 张绍林, 刘雁.基于主客观加权属性值一致化的组合赋权法[J].广西科学, 2007, 14 (3) :247-249.
[5]李国良, 付强, 孙勇, 等.基于熵权的灰色关联分析模型及其应用[J].水资源与水工程学报, 2006, 17 (6) :15-18.
解决加热炉炉门损坏问题 篇2
棒材厂水压机车间生产大型锻件产品，现有五座加热炉、一台水压机。生产时先将原料钢锭在加热炉中加热至1240℃左右，加热时炉门关闭，起到密封保温作用。当温度达到要求时由电机带动提升机构将炉门提起，取出锻件进行锻造，当温度降至终锻温度以下时，再将其放入加热炉进行加热，如此反复多次加工，使锻件最终形状和材质达到工艺要求。在炉门提升和下降过程中由炉门两侧的滚筒轴进行限位，以保证炉门垂直起降。
二、问题分析
首先对系统进行分析，绘制出系统功能图，见图1：
图1 系统功能图
技术系统达到的目标：在加热锻件时，关闭加热炉炉门，起到密封保温作用，使锻件受热均匀并节省燃料，炉门重量要轻，而且要坚固耐用。
根据系统功能图，对系统进行分析。水压机加热炉炉门采用的是四周护铁，中间浇注料结构。由于有害功能的存在，在使用过程中主要存在以下问题：
（1）由于炉门长时间处于高温烘烤状态，并且底部温度偏高，经常出现炉门底部护铁烧坏、脱落，浇注料塌陷的状况。
（2）炉门护铁为合金材料，价格昂贵（每块11700元），使用周期短，成本大。
（3）炉门升降是电机带动提升机构来完成的，由于浇注料密度很大，每个炉门重量达到4吨左右，提升机构经常出现故障，而且炉门两侧的滚筒轴磨损也比较严重，需要经常更换。
由于上述问题，一般3个月就要将浇注料全部更换一次，半年对炉门底部护铁更换一次，提升机构和滚筒轴根据使用情况不定期更换，不仅维修费用大，而且严重影响了生产的连续性。
解决问题的限制：
（1）不能投入太大的成本（不能使用价格更高的更耐热的材料）；
（2）技术系统结构不能有大的改变（尽量不改变原有技术系统）。
三、描述技术矛盾
1.定义问题模型
技术矛盾1：如果加热炉温度足够高，可以很好地满足锻造工艺需要，但高温对炉门破坏力很大，需要频繁更换相应部件。
技术矛盾2：如果降低加热炉温度，可以保护炉门不被烧损，但锻件温度太低无法满足工艺要求。
技术矛盾3：炉门要坚固耐用，防止受热变形或扭曲，通常情况下就要增加重量，势必会加快提升机构和滚筒轴的磨损。
技术矛盾4：如果减小炉门厚度可以降低其重量，但保温性能会降低，而且结构稳定性也会变差。
根据技术系统的主要生产过程——锻造，从技术矛盾1和技术矛盾4来入手解决问题。
2.确定理想解
定义理想解为：对炉门进行最小的改动，提高其耐热性，同时要在保证结构牢固前提下，减轻炉门重量，减少对提升机构和滚筒轴的磨损，同时还要考虑费用成本要低。
四、根据发明原理提出解决方案
将技术矛盾用通用工程参数来描述：
技术矛盾1：针对的子系统是加热炉，要改善的参数是“温度”，恶化的参数是“有害副作用”、“结构的稳定性”、“静止物体的耐久性”。
技术矛盾4：针对的子系统是炉门，要改善的参数是“静止物体的重量”，恶化的参数是“强度”、“结构的稳定性”、“静止物体的耐久性”。
对照这些参数查找矛盾矩阵表，结果见表1。
1.22“变害为益原理”
解决方案一：可以将炉门处的高温能量转移，用于加热锻件，即在炉门处加一大功率风机将火焰吹向锻件。
2.24“中介原理”
解决方案二：炉门浇注料、护铁一般都为固态，将炉门内部增加液态循环冷却系统则能起到很好的降温作用。
解决方案三：在火焰和炉门之间增加一个隔热层。
3.01“分割原理”
解决方案四：原来更换浇注料时全部更换，但上部和下部损坏程度不一样，全部更换造成资源浪费，可以将原来整体的浇注料改成小的模块，并用挡板分成上下两部分，对重量也没什么影响。
4.40“复合材料原理”
解决方案五：是否可以找一种更好的材料代替现在的护铁加浇注料呢？而且这种材料重量要轻，成本要比原来材料低。
五、方案评价
通过上述分析，共得出五种方案，下面对各方案进行评价分析。
方案一：在炉门处加一大功率风机将火焰吹向锻件，成本较低，而且可以变害为利，但由于加热炉是密封的，若开一风口，则破坏了整体密封性，所以实现难度很大。
方案二：将炉门内部改为液态循环冷却系统则能起到很好的降温作用，但需要增加一套循环冷却设备，成本巨大，而且实施起来也非常困难，没有很好的经验可以借鉴。
方案三：在火焰和炉门之间增加一个隔热层，想法很好，但炉内空间有限，隔热层必须很薄，而且耐火、耐高温性能要好，目前市场上还没有合适的产品。
方案四：将原来整体的浇注料改成小的模块，并用挡板分成上下两部分，更换时只更换下部烧损较严重的模块，成本较低，实施起来也比较容易。
方案五：用一种更好的材料代替现在的护铁加整体浇注料，而且这种材料重量要轻。研究发现，现在市场上的耐高温材料较多，耐高温程度不同，密度不同，价格差异也很大。经过综合考虑，可以选用一种高温陶瓷纤维，可以承受1500℃高温（工艺需求1240℃左右），重量较轻（每个炉门重量可降低一半以上），价钱适中。
根据上述分析，对五种方案进行综合评价，评价结果见表2。
将方案四、五综合起来考虑，结合现场实际情况，可以采用高温陶瓷纤维材料替换原有的底部护铁和浇注料，同时将这种纤维材料制成300×300×400mm的模块，在炉门底部靠下位置焊接一挡板，这样更换时可以有针对性地只更换底部烧损较严重的模块。而且使用这种模块后，整个炉门重量仅为原来的一半左右。但是材料更换以后炉门的强度有一定程度降低，需要继续研究分析。
六、问题再分析
利用前面的方案，炉门的耐高温问题和重量问题都得到解决了，但是炉门整体强度降低了，需要继续根据表1的矛盾矩阵表对强度进行分析。
原理26“复制原理”：可以将炉门加厚，增加其稳定性和强度，但是重量和材料成本增加了，此为方案六。
从原理10“预先作用原理”，预先对物体（全部或部分）施加必要的改变，可以考虑常用的“加强筋”方法，即在炉门外面加上筋板，此为方案七。
其他原理均未找到合适解决方案。
七、方案再评价
利用方案七即在炉门外面加上筋板，强度问题得到解决，而且不影响方案四、五的实施，所以决定将这三种方案结合起来一起实施（如表3）。
八、最终解决方案
最终解决方案如图2所示。在炉门底部靠下位置焊接一挡板，将原来炉门底部护铁和浇注料改为高温陶瓷纤维模块。
1.首先在A-B位置焊接一块挡板，并在下方焊5块筋板加固。挡板规格：3000×300×18mm 。
2.在挡板上下固定高温陶瓷纤维模块。高温陶瓷纤维模块规格：300×300×400mm。
3.为避免在应用时炉门因为受热发生变形或扭曲，在炉门外面加上筋板。
4.如果在使用过程中，炉门底部高温陶瓷纤维出现磨损、脱落，仅需将挡板下部的高温陶瓷纤维更换即可。如图2
九、现场应用情况简介
1.改造后的炉门底部护铁和浇注料由高温陶瓷纤维模块代替，使用中未出现异常。
2.改造后的炉门经过7个月的使用，只更换了底部两块高温陶瓷纤维模块，大大减少了更换浇注料和底部护铁造成的资源消耗。
3.由于改造后的炉门重量仅为原来的一半，提升机构和滚筒轴损坏现象大大减少，保证了生产顺行。
4.改造后的炉门保温效果更好，使钢锭的加热更均匀。
十、取得效益
1.经济效益
改造前，每个炉门隔3个月需要更换浇注料，每次需要浇注料4吨 ，每年需浇注料16吨。炉门底护铁半年更换一次，每年需要更换炉门底护铁4块。浇注料每吨1600元，护铁每块11700元，费用为 16×1600+11700×4=72400元。
改造后，每年仅需更换一次高温陶瓷纤维，当出现碰撞损坏时，只需更换挡板以下的陶瓷材料即可，预计共需3.876立方米。按每立方米8050元计算，费用为 3.876×8050=31202元。
每个炉门年节省费用： 72400-31202=41198元。水压机车间共有5座加热炉，5个炉门全部进行了改进，每年可节省维修费用41198×5=205990元
改造后的炉门，重量更轻，安全系数更高，每年减少对提升装置和滚筒轴的维修费用为8000元。
综上所述，此项目实施后年可创造经济效益：205990+8000=213990元。
2.社会效益
改造后的加热炉炉门使用周期更长，减轻了维修人员劳动强度，保证了生产工艺的连续性和生产的顺行保温效果更好，提高了锻件加热质量和产量，缩短了锻件交货期，提升了顾客满意度。
综合加热炉 篇3
钢坯的加热过程和轧制过程是热轧生产线上的两个重要生产环节, 加热炉需要将钢坯加热到满足粗轧机轧制工艺要求的温度分布, 粗轧机则需要根据生产要求将加热好的钢坯轧制成指定规格的产品, 这两者是热轧生产线上的主要耗能设备。
从生产过程上来说, 这两者各自是一个独立闭环系统, 而这两者作为一个整体而言, 实际上是一个开环系统, 这两个设备各自的控制效果不能保证这两者作为一个整体时的最优化, 因此常规的控制策略和控制方法仅能获得的是局部最优化。
事实上, 不论是在生产工序上还是控制上, 加热炉和粗轧机这两个生产设备是密不可分的。从生产的角度, 加热炉是为粗轧机服务的, 粗轧机是为加热炉制定生产目标的设备, 两者之间不能互相割裂, 必须做到实时沟通;从控制的角度来说, 加热炉和粗轧机组成的是一个开环系统, 没有信息反馈就难以自动调节各自的生产过程, 也难以自适应地优化整个粗轧生产过程。
2 基于生产目标的加热炉综合优化控制策略
2.1 常规控制方法的局限性
加热炉的主要任务就是向粗轧机提供满足轧制工艺要求的钢坯, 在此过程中要争取使加热炉能耗最小、钢坯损耗最小, 由于钢坯在加热炉内加热时无法测得其表面温度和内部温度, 因而不知道钢坯能否沿着最佳的温升曲线升温, 而目前对于钢坯温升过程的建模和预测方法还都不够完善, 导致钢坯在升温过程中难以保证能耗最小。
由于加热工序和轧制工序在生产步骤上的不可逆性, 以及人们在实际生产中的经验操作, 加热炉和粗轧机这两个紧密相关的生产设备的控制被人为地割裂开来, 给热轧过程的综合优化控制带来了很大的难度。
事实表明, 利用常规方法解决不了热轧过程的综合优化控制问题。常规的控制方法是以被控过程可以精确建模为基础的, 但是对于热轧过程的综合优化控制而言, 将粗轧机的轧制信息反馈给加热炉并通过这个反馈信息动态地调整加热炉的炉温设定, 目前这个过程还不能建立出准确的数学模型, 因此常规控制方法并不适用。
2.2 综合优化控制策略的基本思想
将原加热炉和粗轧机组成的开环生产过程改造成一个有机的闭环系统, 即将开环系统中生产设备之间难以进行信息共享和传递的系统, 改造成为可以利用后续生产设备的生产信息实时调整其前向生产设备的系统。
在这个闭环系统中, 将粗轧机反映钢坯加热质量好坏的轧制信息反馈到加热炉, 如钢坯温度和粗轧机轧制力等, 利用这些反馈信息指导和调整加热炉对钢坯的加热过程, 使钢坯的加热过程得到优化, 进而降低加热炉和粗轧机的整体能耗, 保障轧制生产的正常进行。
3 模糊控制、神经网络在加热炉综合优化控制中的应用
利用模糊控制技术可以模仿专家对炉温设定值进行调整, 但模糊控制缺乏自学习能力, 建立的控制规则不能涵盖实际操作中的所有可能性, 当生产过程参数变化大时 (如钢坯种类、规格多变, 轧制节奏大幅调整等) , 模糊控制在系统动态响应和稳定性方面有一定的缺陷, 神经网络也存在学习和收敛的速度较慢, 不一定能得到全局收敛等不足, 把两者结合起来应用可以达到互相补充、完善的效果[2]。神经网络与模糊控制相结合的方式是用神经网络组成模糊控制器, 完成模糊化、模糊推理决策、清晰化等一系列模糊控制器的功能。将神经网络作为学习工具引入模糊控制系统中, 由神经网络修改模糊控制规则、隶属度函数和进行模糊推理决策。
在轧制力信息反馈的基础上, 对炉温设定值进行补偿的模糊控制系统的结构如图1所示。模糊控制器的工作原理:首先将系统的偏差e和偏差变化率ec这两个清晰量进行模糊化, 得到了偏差和偏差变化率的模糊量E和EC, 经模糊推理推理后得到了控制量的模糊量U, U经过清晰化以后得到控制量的清晰量u, 清晰量作用于被控对象。图1中, e和ec分别代表轧制力偏差和轧制力偏差变化率, 变量E和EC分别代表轧制力偏差和轧制力偏差变化率的模糊量, U代表炉温补偿量的模糊量, u是清晰化后的炉温补偿值。
对于给定的钢坯来说, 影响炉温设定值补偿量的钢坯轧制过程参数有钢坯在粗轧机组上的轧制力、轧制力矩、轧制温降、粗轧机的轧制节奏等。与钢坯的轧制力相比, 钢坯的温降、轧制力矩等因素对炉温补偿量的影响相对较小, 因此仅以钢坯轧制力的偏差及其偏差变化率作为研究对象, 研究钢坯轧制力对炉温设定值补偿量的作用, 其他因素的补偿作用可以通过与此类似的方法得到。
这样, 通过模糊神经网络的反复训练和学习, 不断地调整模糊控制规则, 使其能不断适应热轧参数变化。在经过大量学习后, 该模糊神经网络可以在过程参数发生较大变化时仍可给出较合理的炉温设定补偿量, 使整个热轧生产的能耗可以在保证轧制过程顺利进行的前提下逐步降低。
4 应用效果
山东莱钢100t电炉轧线的加热炉为四段步进式加热炉, 粗轧机组为二辊可逆轧机。钢坯在炉内的停留时间为2~6h, 粗轧11道次, 咬入速度为330r/min, 稳定轧制速度为300r/min, 抛钢速度为250r/min, 粗轧机允许轧制力为24000k N, 道次间采用水冷冷却。钢坯的装炉温度为25℃, 出炉温度为1200~1250℃, 出炉时钢坯的断面温差应小于500℃, 钢坯在粗轧机组出口处的平均期望温度为1100~1250℃。加热炉的出钢速度为0.0021~0.0028m/s, 钢种为20Cr Mo Ti, 坯料规格与粗轧出口钢坯料见表1。
当目前正在轧制的钢坯的温度由于某种原因低于轧制工艺的要求时, 粗轧机组会处于轧制负荷超载状态, 为了使后续钢坯的温度能够尽快满足轧制工艺的要求, 利用综合优化控制方法对该过程进行了实验, 结果如图2所示。
使用综合优化控制方法后, 加热炉的炉温分布和钢坯的温度分布得到改善, 满足了轧制工艺的要求, 出炉时刻钢坯的温度分布也有所改善, 能够达到轧制工艺的要求。利用该控制方法后, 系统能够在钢坯温度分布不符合粗轧机组轧制要求的情况下迅速调整钢坯的加热过程, 降低不必要的能耗浪费, 同时也保障了粗轧机组的生产安全。
5 结语
生产中, 通过实际应用测试证明了该综合优化控制策略的有效性, 达到了降低生产能耗、保障轧制安全的目的。
摘要：针对莱钢100t电炉大棒轧线加热炉和粗轧机的分离控制带来的钢坯加热过程难以动态调整而造成的能耗浪费、粗轧机轧制安全难以保障等问题, 提出建立模糊神经网络控制系统, 将加热炉和粗轧机构成闭环系统, 动态地调整后续钢坯的加热过程, 以降低加热炉和粗轧机总能耗, 保障轧制安全。
关键词：加热炉,钢坯温度,粗轧机,模糊神经网络
参考文献
[1]陶永华, 尹怡欣, 葛芦生.新型PID控制及其应用[M].北京:机械工业出版社
轧钢加热炉自动控制原理 篇4
【关键词】加热炉 自动控制 系统
一、 引言
无论生产什么产品的轧钢厂，加热炉都是这条生产线的龙头。因此加热炉能否保证安全、正常的运行，能否经过标准化作业，加热出合格的板坯，对整个轧线能否安全、持续、顺行的进行生产，都有着至关重要的决定作用，所以加热炉是一个不可忽视的重要环节。由于加热工没有严格地执行各项规章制度：温度制度、工艺制度、停轧降温制度，将导致板坯的加热质量不好，出现板坯的过热、过烧、脱碳、氧化铁皮过厚，以及加热温度不均引起的上翘下曲等常见的加热缺陷。轻的来说使烧损增大，轧机轧制困难，保证不了产品质量，重的来说钢材报废，甚至造成设备事故，给国家、企业、集体、个人带来直接的经济损失。因此，加强轧钢厂加热炉自动控制系统就显得尤为重要。本文就轧钢加热炉自动控制进行阐述。
二、 系统硬件配置
整个控制系统由一个工程师站、两个操作员站、一个S7-400H PLC和ET200M分布式IPO分站组成。工程师站、操作员站采用工控机，配置CP1413通信处理器用于连接到工业以太网的。S7-400H自动化系统包括一个分割为2个区的中央机架UR2-H，每个区为一个子单元，每个子单元均配置有电源模板PS407、414-4H CPU模板。ET200M分布式IPO站使用SM321PSM322数字输入P输出模块、SM331PSM332模拟输入P输出模块，每个站有两个接口模板IM 153-2，一个电源模板PS 307，一个接口模板的电源由本站电源模板提供，另一个接口模板的电源由另一分站提供，使得在同一个控制柜中的每个分站中接口模板的电源是冗余的。整个系统还装备有UPS电源。
三、软件系统设计
系统编程软件是PCS7软件包及其可选软件，软件系统设计包括PLC组态及参数配置、系统监控程序设计、网络通信配置、操作员站人机界面系统设计等几个部分。整个控制系统完成现场数据采集、数据处理、输出控制及报警等功能，操作站实现对过程数据的显示、历史趋势的记录、控制设备的工作状态、报警、显示以及报表的打印等功能。并分别通过上位机和操作台实现燃烧和换向的自动、手动功能。
四、系统自动控制
（一） 有条件的自动控制
任何控制系统设计都是针对某种或某些特定干扰来制定的，自动控制应在这些特定干扰发生时能起到较好的作用，但当其他干扰发生或干扰克服不完全，仅靠PID闭环反馈起作用时，自动控制就显得缓慢且无力。
一般，在轧制节奏平稳、钢坯品种规格稳定时，采用最基本的串级比值控制方法即可满足控制质量要求。控制回路一方面按比例稳定调节煤气和空气的流量，另一方面对温度偏差进行细微的调整。它起到了比手动操作更为精细的调节作用。当轧制节奏波动频繁时，虽可采用生产率前馈的策略来克服，但由于前馈模型不可能十分精确，每次补偿都会有些剩余干扰而造成温度的波动，且从一个稳态到另一个稳态一般至少需30～50 min。如果轧制节奏波动周期小于这一时间，则必将使炉温对象失去稳态和控制质量的下降。
品种多且批量小是对燃烧自动提出的更大挑战，不同品种的加热制度使炉温设定值相应变化。由于缺乏针对品种变化干扰的控制手段，故仅靠温度闭环反馈控制调整会导致温度响应速度较慢。例如，钢种I要求出钢温度960e，相邻钢种II要求出钢温度1060e，此时炉温设定值相差较大，则很难获得理想的控制质量。
（二）不能持之以恒的手动控制
温度这类典型大滞后对象是智能控制理论应用的主要对象。换句话说，诸如模糊控制、专家控制等智能控制方法要优于常规控制方法的控制效果，这一点是肯定的。而另一个不能不承认的事实是：智能控制方法都是以专家经验为基础建立的知识计算和推理系统，无操作者的手动操作经验，智能控制规亦无法形成。也就是说，智能控制就像是用计算机来模仿代替一个有经验操作者的操作，而这种操作的效果是最佳的。由此，似乎可得到这样一个让所有从事自动化专业的人士都会感到失望的结论，即手动操作比自动控制强。其实不然，因为任何操作者都不可能像机器一样整天不眨眼的工作。一个有责任心且有经验的操作者可手动保持加热炉的正常生產和加热质量，但其操作强度较高也很难进行更为频繁和精细的调整。如果精力下降，操作频率降低，则控制质量也会降低。手动操作控制质量还将受到操作者情绪、习惯、水平等因素的影响，造成产品质量不稳定，重复性差，有可能出现较大随机性。因此，单纯的手动操作不应该是现代化企业的控制手段。
（三） 有操作者干预的加热炉燃烧系统自动
如果将加热炉燃烧系统自动理解成是无人操作，那么这个观点是完全错误的。无人值守的自动需要更全面的实时和专家信息支持，目前的技术水平无法做到。因此，由于经验知识不完整，自动控制在一些特殊情况下则需操作者的手动干预：
正如前文所述，鉴于一些制约因素的影响会出现自动控制效果差的情况，一些操作者就断然认为自动不好用，这种认识是不全面的。自动系统在另一些情况下会稳定运行，实现手动无法做到的精细调整。因此，要引导操作者熟悉自动操作，了解自动效果，掌握自动控制什么情况下有效，什么情况下会效果变差，对自动控制做到心中有数，最终形成大多数时间坚持自动，必要时少量手动干预的操作习惯。
五、结语
该自动控制系统自投入以来效果显著， 系统稳定可靠，操作简单方便，并减轻了工人 的劳动强度；实现了对加热炉炉温、蓄热室温度的控制，减少了热能损失；燃料吨钢消耗由原来的 2.5GJ/t 降至 1.56GJ/t， 每年直接经济效益2850多万元。
参考文献：
[1] 毕春长，李柠，黄道. 钢坯加热炉仿真系统研究[J]. 系统仿真学报. 2004（04）
[2] 曹世海. 加热炉燃烧控制系统的几项改进措施[J]. 冶金自动化. 2002（04）
步进式加热炉加热时间预测优化 篇5
关键词：步进式加热炉,时间预测,抽出节奏,待轧策略
0 引言
加热炉在加热过程中,板坯在炉时间预测准确与否直接影响温度控制。预测时间比实际需要加热的时间长会导致满足不了轧线的产量需求和出炉的板坯温度指标不合格;时间预测过短则会使板坯在加热炉内过早地升温,这样不但增加燃料消耗,同时还会导致板坯的氧化烧损加剧。目
前对加热炉燃烧控制来说,不能准确预测板坯在炉时间的模型通常就不能投入自动烧钢控制,即便强制投入烧钢控制,同时加入操作上的干预,也会产生控制不是最优的状况。准确预测板坯在炉时间不但对加热炉自动烧钢有很大的作用,同时对提高板坯加热质量、减少板坯的氧化烧损及降低燃耗都密切相关,所以研究如何提高板坯在炉时间的预测精度对加热炉自动烧钢控制有着非常重要的意义。
1 时间预测的相关因素
一般来说,板坯在炉时间预测需要考虑生产安排、产品本身限制及加热炉状况等因素。要分析影响时间预测的主要因素可以从计算方法入手,预测时用到的外围数据很多,大致可以分为以下几类:抽出节奏、轧制顺序、板坯本身的限制条件和加热炉的状态,下面对这几类分别进行分析。
1.1 抽出节奏
抽出节奏是加热炉的抽钢间隔时间。加热炉抽钢的前提是加热炉方面和轧线方面都满足条件才能进行抽钢,抽出节奏由式(1)确定。
Tp=Max(Tpm,Tpf) (1)
式中,Tp为最终抽出节奏;Tpm为轧线节奏;Tpf为炉子节奏。
轧线节奏是轧线对炉子的产能要求,炉子节奏是炉子本身的加热能力。炉子本身的加热能力完全可以通过自身的数据计算出来,而其中的难点是如何较为准确地预测轧线节奏,如果要精确地计算轧线节奏,会涉及到轧线上的大多数模型,而把它们放在加热炉模型中既不可行,也不现实。所以,如何将轧制节奏由复杂、不可控转变为可控、可预测,对时间预测来说非常必要。
1.2 轧制顺序
轧制顺序直接决定了板坯的抽出生产顺序,也是时间预测计算的基础条件。实际生产中,轧制顺序一般情况下不会有变动,只是在某些特殊情况下会导致轧制顺序发生变化。这时如果没有很好的处理手段,往往会导致时间预测出现很大的误差。这里需要指出的是,少量的换抽(更换轧制顺序)对时间预测并无大碍,但是大批量的换抽会极大地影响预测时间的准确性。良好的待轧策略可以减小轧制顺序变动导致的时间预测误差。
1.3 板坯本身的限制条件
在预测计算中,板坯本身的限制条件较多。其中主要的是板坯最小在炉时间、当前在炉内所处的位置和正常情况下的轧制节奏。随着板坯本身的特性不同及炉子加热能力的不同,各种板坯的最小在炉时间并不相同,即便同一板坯在不同加热能力的炉子中它的最小在炉时间也不尽相同。所以对于板坯本身而言,找准板坯合理的最小在炉时间,是准确预测的前提。
1.4 加热炉状态
加热炉状态对时间影响的主要因素是加热能力、机械搬送能力和是否处于待轧状态。炉子的加热能力一般情况下是指炉子标准坯的小时产量,而这里可以将它转换为炉内各段可以达到的极限炉温。机械搬送能力是指步进梁移动的步长和时间,一般在多炉正常连续生产时,它不会成为时间预测中的主要因素,只有在单炉或有较大空炉时它才会制约预测的时间。待轧与否对时间预测会有很大的影响,实际生产中也存在着大量的待轧情况,如何合理地利用待轧信息进行在炉时间预测相当重要。
通过以上分析可知,预测时间的关键是合理地提前预测抽出节奏、根据炉子板坯本身的特性和炉子的加热能力计算板坯最小在炉时间、在预测时间上合理体现待轧策略。
2 准确预测时间
2.1 准确预测抽出节奏
抽出节奏控制方式一般分为三种,即手动抽出、定时抽出和按轧制节奏计算。在手动抽出时,板坯始终处于待抽出状态,因为抽出节奏随意性较大,所以抽出节奏不稳定。定时抽出是指按照固定的间隔时间向轧线提供板坯,这时的抽出节奏基本上是一个恒定值,但是定时的时间随着生产状况经常会发生变化,时间预测也会受到干扰而产生波动。轧制节奏方式是指由轧线模型进行预测计算后,按计算的抽出节奏进行控制,这使得时间预测对轧线模型有较强的依赖性,一旦轧线模型出现异常,时间预测必然受到影响,最终导致加热炉温度控制不合理。以上所述的节奏控制都受到较多不稳定因素的影响,而且波动范围较大,这样势必导致预测时间不准。由于加热模型需要的抽出节奏应是一个相对比较稳定而且合理的值,所以根据现有经验和资源,将抽出节奏按式(2)方法进行推测计算。
Tp=f(C1,C2,C3,C4,C5,C6) (2)
式中,C1为生产炉子数;C2为板坯规格;C3为成品规格;C4为温度要求;C5为钢种;C6为特殊要求。
由于生产炉子数与抽出节奏变化趋势相反,板坯规格、成品规格与温度要求的变化和抽出节奏变化趋势相同,钢种和特殊要求随具体情况而发生变化。所以节奏的预测公式可按式(3)进行估计。
式中,α1 ～α7为系数,其中α7可以考虑部分特殊因素影响;cfuc为正在生产的加热炉数;hslab为板坯厚度;haim为成品厚度;wslab为板坯宽度;waim为成品宽度;Taim为板坯目标温度。
通过采集一定量的现场数据并进行回归分析,可以确定式(3)中α1 ～α7的系数,从而确定抽出节奏的计算公式。
以此节奏作为基准值,在实际使用过程中通过式(4)对实际使用的抽出节奏间隔时间进行进一步的学习修正,具体学习方法根据实际需求而定。选用的学习方法要求能够快速逼近实际要求,并且过渡要平稳。
Tpu=Tp+ΔTp (4)
式中,Tpu为实际使用的抽出节奏;ΔTp为节奏学习值。
2.2 计算板坯最小在炉时间
最小在炉时间是保证板坯温度质量的一个重要参数,但它随着加热炉的加热能力、板坯自身条件的不同而不同。加热能力可以通过模拟炉内供热段极限负荷时的工况获取,板坯自身因素与装炉初始温度、抽出目标温度、板厚及钢种有关。
一般某板坯在一个特定炉子中的最小在炉时间可以计算如下。
undefined
式中,Tmin为最小在炉时间,h;H为板坯厚度,m;α为热传导率;θg为炉气温度,℃(加热炉内各点的极限温度,随位置变动而变化);θout为目标温度,℃;θin为初始温度,℃。
式(5)给出了计算最小在炉时间的基本思路,实际计算时需要注意的是炉气温度并不是固定不变,另外热传导率也会随着板坯温度的变化而变化。
2.3 在时间预测上体现待轧策略
根据不同的生产情况待轧策略一般分为三种:轧线突发事故导致加热炉停止抽出一段时间;加热炉故障导致停止抽出;计划安排导致停止抽出。
轧线突发事故导致的停炉一般处理起来相对较为简单,只要在现有预测的时间基础上累加待轧时间即可。即
Tslb=Tpre+Tsud (6)
式中,Tslb为轧线突发故障后板坯的预测在炉时间;Tpre为轧线突发故障前板坯的预测在炉时间;Tsud为轧线突发故障时间。
加热炉故障导致停炉时,轧线生产能力保持不变,这时如果按照原来生产节奏时,加热炉往往会成为瓶颈。为了避免无法满足轧线产量要求,需要考虑加快其它几个炉子的生产节奏。
undefined
式中,T′i为没有故障炉子的预测在炉时间;Ti为故障前没有故障炉子的预测在炉时间;Tsgl为故障炉子的故障时间;n为没有故障的炉子数。
一般可提前输入计划安排导致停止抽出的时间,并在待轧板坯进入高温区前输入待轧时间,产生的效果更为明显。在时间预测上如果预测到板坯在炉时间长,则可以更好地控制升温曲线,延迟升温时间,避免过早升温导致大量的氧化烧损。
现有的时间预测计算中,导致时间计算不准的原因很多,除上述原因外,其它主要表现在:不能实时地刷新部分外围数据,原因是很多数据在装炉后一旦确定了就再也不变;计算时间时大多采用假设炉内搬送是匀速的,时间一般按照距离进行分割。
如果重新计算时能够及时更新外围数据,必然可以提高预测计算的准确性,这样虽然会增加一定的模型计算时间,但是对于现在计算机的计算能力来说,这点时间消耗不会引起新的问题。
3 试验对比
试验数据采用2007年4月宝钢现场实际生产数据(包括轧制计划、轧制顺序等信息),模拟程序所用控制逻辑和现场实际使用的控制逻辑一致,在此基础上对优化程序进行测试。
3.1 时间预测策略优化试验
原有时间预测模块是按照固定移动距离来预测,结果如图1(a)所示;改进后的时间预测模块是按照步进梁移动步数来预测,结果如图1(b)所示。
通过图1中(a)和(b)的比较,可以清晰地看出以下两点:(b)的预测结果比(a)的预测结果要平滑的多; (a)中在跨段时有明显的跳跃。
3.2 时间预测整体优化试验
试验中的优化包括上述的抽出节奏、最小在炉时间、待轧策略等,试验结果见表1和表2。
1—炉尾段;2—预热段;3—一加段;4—二加段;5—均热段
相变加热炉的应用 篇6
长庆油田第九采油厂自2008年底以来, 已投用了15台相变加热炉, 其中整体式真空相变加热炉5台, 分体式相变加热炉10台。
一、相变加热炉的结构与工作原理
1.相变加热炉的结构 (图1) 。
2.相变加热炉的工作原理。
加热炉采用相变换热技术, 通过燃料在炉膛内燃烧, 锅壳内的中间介质水受热沸腾, 在负压至微正压状态下, 由液相产生的饱和蒸汽上升到相变换热空间, 与低于饱和温度的换热盘管接触, 凝结放出相变热, 将热量通过换热盘管传递给管内的被加热工质, 如此蒸发→冷凝→再蒸发→再冷凝的循环往复, 完成相变换热过程。
在工程上, 一般将整体式微压相变加热炉称作真空加热炉, 将分体式微压相变加热炉称作分体式相变加热炉。
3.相变加热炉的特点。
相变加热炉的特点: (1) 安全。加热炉采用相变换热技术, 额定工作压力通常在-0.20~0.04MPa的负压与微正压之间, 无容器爆炸危险; (2) 可靠。炉内液位处于烟管和盘管之间, 在密闭状态下循环, 加的是软化水, 筒内壁无氧腐蚀和结垢现象。炉内其它部件无裂纹、鼓包、腐蚀、爆管等问题, 设备使用寿命长; (3) 节能效果好, 热效率高。采用沸腾和冷凝两种传热方式, 热效率可达到90%; (4) 单位体积功率大。体积小、重量轻; (5) 自动化程度高。系统操作可手动及远程自动控制。
二、主要故障和排除方法
1.原油加热出口温度达不到要求。
10台相变加热炉原设计燃用油井伴生气。冬季普遍出现混合油一次盘管出口温度达不到要求, 沉降脱水不彻底、外输含水高, 要打站内循环。
原因:超低渗透油藏开发的侏罗系油藏气油比相对较低, 原油含水高, 伴生气不稳定, 冬季伴生气量少, 燃烧器供气压力低;供气管线冬季冻堵。
解决方法: (1) 为其供气的站点安装了4台伴生气压缩机; (2) 在供气管线最低端加装了压力缸, 增加排液次数; (3) 10台加热炉全部更换为油气两用自动燃烧器, 冬季伴生气不够用时, 燃油作为备用。
2.进出口压差大、换热效果差。
姬三联1号加热炉2012年1月出现混合油盘管进出口压差大的现象, 换热效果差, 系统回压高。拆检总机关和换热器盘管法兰, 发现管内结垢和积渣严重, 化验为钡锶垢, 垢样不溶于酸, 清理困难, 吹扫了换热器盘管后, 效果不明显。
原因: (1) 混合油流速低、加热后垢渣沉积; (2) 原油中的结垢物质含量高, 不同层系原油混进, 不配伍, 起化学反应, 产生堵塞性钡锶垢。
解决方法: (1) 更换总机关, 清理过滤器; (2) 更换了新换热器; (3) 分层系进油。对不配伍层系的混合油, 就地脱水后再进流程。
3.加热炉气化, 炉体内缺水。
原因:因卸油台不能连续卸油, 造成进加热炉的液量和负荷不稳定, 生产波动较大。当进液量大、含水高时, 脱水温度上不去, 加热炉经常在大负荷工况下工作, 加热炉蒸汽温度上限调整较高。当进液流量减少或不走液时, 易造成加热炉高温, 锅水气化, 真空阀动作, 蒸汽外泄。
解决方法: (1) 监控卸油量, 及时根据进液量调低停机蒸汽温度; (2) 加强巡回检查, 发现温度偏高, 立即手动停炉; (3) 及时检修和校验真空阀的密封性; (4) 及时补水, 保持水位在规定的液位内, 防止事故扩大。
4.烟囱根部流水、腐蚀。
原因: (1) 加热炉效率高, 排烟温度低, 伴生气燃烧后, 在冬季易冷凝, 在烟囱中产生大量的冷凝水, 顺烟囱内壁流到烟囱底部, 造成筒壁腐蚀; (2) 若伴生气燃料中含有硫化氢气体, 则腐蚀更加严重; (3) 自动控制失灵, 不能根据生产负荷 (进液量) 自动调整燃烧器的大小火连续运行。
解决方法: (1) 烟囱外壁做保温; (2) 降低烟囱高度; (3) 检修自动控制系统, 燃烧器能根据进液量的多少自动调整燃烧器的大小火, 保证加热炉连续运行, 不能频繁启停。
5.烟筒冒黑烟, 炉效降低。
原因:由于相变加热炉炉效高, 排烟速度慢。若烟囱较低, 燃油燃烧器过剩空气系数小, 则燃料燃烧不充分, 灰分和烟尘易吸附在烟管的管壁上, 堵塞烟管。
解决方法: (1) 每年夏季检修时, 打开烟箱前盖清理烟管。然后关闭烟箱, 启动燃烧器对烟管进行吹扫; (2) 调大燃烧器的进风量。
6.换热器盘管进出油管线振动。
原因:因卸油台的流程直接连在加热炉混合油盘管上进油, 运行时距离太短, 排量过大, 对加热炉盘管的冲击大, 易振开焊口, 损坏加热炉。
解决方法:将卸油台的流程改连在总机关上再进加热炉。
7.真空度无法保持。
原因:真空阀和放气阀关闭不严、蒸发器与换热器连通的金属软管泄漏、爆破膜破损、管路密封不严。
解决方法:检修真空阀和放气阀、更换金属软管和爆破膜, 检查管路密封性。
8.燃气管路故障。
原因:加热炉自动燃烧器要求使用干气, 但油田现场使用的是油井伴生气, 未经过净化处理, 特别是冬天, 压力低, 不稳定, 脱水不彻底, 杂质含量高, 易造成燃气过滤器堵塞、调压阀失灵、管路冻堵、燃烧器电磁阀损坏、点不着火等现象。
解决方法: (1) 定期对伴生气管线压力缸放空清理, 确保气管线畅通不冻堵; (2) 缩短清洗燃气过滤器的时间; (3) 吴四联3台加热炉加装了伴生气简易分离器, 定期排污和脱水。
9.燃烧器大小火无法转换, 不能自动点火, 没有大火或没有小火。
原因:燃烧器长期处在高温状态, 且使用未经处理的湿气, 杂质多, 含水高, 电磁阀易损坏, 保养不当, 是造成燃烧器故障的主要原因。燃油时齿轮油泵易卡死, 预热器不加热也是原因之一。
解决方法:每年4月和10月设备换季保养时, 请专业人员对燃烧器进行一次维修。重点检查: (1) 燃烧头、稳焰盘、探针在长期高温条件下工作是否有烧损, 点火管是否有被湿气腐蚀现象; (2) 高压接头是否有漏电现象; (3) 点火电极和点火变压器是否可以产生电弧; (4) 电机是否有异常响动、轴承磨损情况; (5) 电磁阀是否有被污垢堵塞情况。
净化原油含水高、杂质多是造成燃油燃烧器齿轮油泵损坏的主要原因。
10.控制面板上停炉温度和启炉温度设置不合理, 加热炉启动频繁。
原因:姬三联2台分体式相变加热炉启炉和停炉温度设置过低, 锅水未达到气化温度, 造成热效率低, 加热效果差。
吴三联2台分体式相变加热炉启动和停炉温度设置太接近, 造成加热炉启动频繁。
解决方法:加强操作人员的技术培训, 严格落实设备操作规程, 达到“四懂三会”的要求。按照设备说明书的要求, 正确设置启、停温度, 实现连续运行。
三、安装和使用中应注意的事项
1.排气操作。
在运行过程中最重要的是排除锅内的不凝结气体。
(1) 打开放空阀和补水阀, 加水至水位计中间水位以上50mm处后, 关闭放空阀和补水阀; (2) 关闭三组换热盘管的进、出口阀门; (3) 将停炉温度设定在110℃、停机压力设定在0.05MPa; (4) 在自动小火状态下启动燃烧器; (5) 当有大量蒸汽从真空阀溢出, 约5~8min后, 迅速打开盘管的进出口阀门, 使真空阀快速复位。以建立锅筒内的真空度, 保证在负压至微正压状态下运行; (6) 调整设置参数至正常值。
为了获得较好的换热效果, 每运行一段时间, 应重复一次排气操作。
2.密封性检查。
要定期检查加热炉的密封性。
3.水位检查。
水位要控制在中间线±50mm范围内。不允许水位低于下线。当水位低于下线时, 要立即补水, 一次补水至上线。
4.锅筒用软化水要合格。
相变加热炉虽然对锅水品质的适应性较强, 但还应集中配套水处理设备, 加入的锅水和补水的水质应符合GB1576-2001《低压锅炉水质标准》的要求, 硬度要≤0.6mmol/L、p H≥7, 不能使用生水或处理不合格的水, 并每季度检测一次水质, 以延长设备的使用寿命。
5.要做好管线的保温。
与炉体连接的补水管线、水位计管线和排污管线冬天易冻, 要做好保温。
6.炉膛要保持微正压燃烧。
燃料过剩空气系数控制在1.1~1.2之间, 以增多空气的吸入量, 提高燃烧效率。
7.自动运行时, 可适当调低上限停机温度, 减小燃烧器的出力, 以达到不停机或极少停机的连续运行状态。
8.每月要活动防爆门, 以防粘接, 失去防爆作用。
9.补水管路上必须安装止回阀、水过滤器和截止阀。
10.停炉后, 若盘管不修理, 可不关进出口闸门, 以防管内存油凝结。
11.新加热炉投用前应打开人孔, 按每立方米水2~3kg量, 用磷酸三钠煮炉4h, 再用清水冲洗锅筒。
12.要根据进液量和含水, 及时调整锅筒内蒸汽的上、下限设定温度, 以控制工质 (原油) 的加热温度。锅筒内温度的设置优先于负荷 (盘管加热工质) 温度的设置。
四、选型、设计时应注意的问题
1.从结构上考虑选型时, 应首先选择分体式相变加热炉。
2.按负荷选型时, 负荷≤600k W, 宜选择常压卧式加热炉;600k W≤负荷<1250k W, 应选择整体式真空加热炉;1250k W≤负荷, 应选择分体式相变加热炉。
3.为了提高热效率, 分体式相变加热炉烟管应采用三回程式结构, 烟囱在后部位置。整体式真空加热炉应采用两回程式结构, 烟囱在前侧位置。
4.订货时, 分体式相变加热炉应要求换热器盘管为可抽出式, 以法兰与换热器壳体形成可拆卸式连接, 以保证换热盘管维护和更换方便。
5.换热器顶部应设计安装真空阀和爆破膜双安全措施, 以防真空阀阀芯卡死后, 锅筒超压造成事故。
6.燃料为伴生气时, 应设计和安装简易的湿气加热、脱水和分离 (器) 装置, 以防燃烧器电磁阀因湿气锈蚀、卡死。
7.换热盘管结垢是相变加热炉的主要失效形式。要根据换热盘管内被加热工质的结垢倾向, 配套设计和安装电磁等防垢器, 以延长换热盘管的使用寿命。
8.在北方使用时, 冬季气温低, 排烟温度低, 易冷凝, 烟囱外壁要设计保温。
9.防爆门应设计在炉体的下部, 不应设计在前部和后部, 以防造成人身伤害。
五、结语
相变加热炉运行安全、可靠、节能, 并具有体积小、升温快、热效率高、能高低, 节能效果好、自动化程度高的特点, 不但可替代传统的筒式加热炉和管式加热炉, 还可应用于对在用的常压卧式水套加热炉进行节能技术改造, 具有较好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]GB/T21435-2009.相变加热炉.北京:中国标准出版社, 2008.
[2]陈学俊, 陈听款.锅炉原理 (第二版) [M].北京:机械工业出版社, 1991.
[3]邓寿禄, 王贵生.油田加热炉[M].北京:中国石化出版社, 2011.
加热炉设备控制方案研究 篇7
加热炉是工业生产部门最重要的设备工具之一, 它具有高耗能的特点。对加热炉进行理想的设备控制, 不仅可以促进工业生产部门的经济效益, 而且可以节约能源, 改善我国的生态环境, 实现经济与资源、环境的可持续发展。
1 加热炉设备控制流程
本文以我国冶金企业所使用的加热炉为例, 介绍加热炉设备的控制流程。冶金企业在使用加热炉时, 加热炉的炉口因为受热而温度变高, 炉口温度的高低会影响和制约着其它工序的操作效果。比如, 当炉口温度过高时, 部分材料会在加热炉内发生化学反应, 这样极有可能破坏加热炉的炉管, 影响加热炉的正常使用, 其它工序也会因此遭受牵连。所以, 有必要严格控制加热炉出口的温度。同时, 加热炉还可以传送热量。在使用加热炉时, 通过金属管壁, 热量可以直接地传送到加热炉里的能源介质上, 加热炉在传送热量过程中, 具有滞后性的特点。比如炉膛, 因为其热容量比较大, 滞后性故而也比较明显。
2 加热炉设备自动控制方案
加热炉自动控制, 主要是指实行对加热炉出口温度、燃烧过程以及联锁保护等的自动控制。目前, 我国冶金企业采用的加热炉大多都是比较大型的, 这种大型的加热炉不仅可以自动有效地控制出口温度, 提高加热炉的燃烧效率, 使加热炉热量损失相对较少, 而且在加热炉的使用过程中还增加了安全联锁保护系统, 确保冶金企业的生产活动能够安全的运行。因此加热炉设备控制方案应注意出口温度控制、燃烧过程控制以及联锁保护系统等方面。
2.1 出口温度控制
加热炉的出口温度受诸多因素的影响, 由于加热炉在加热过程中的动态反映比较慢, 所以冶金企业加热炉的温度控制大多都选择串级控制方案与前馈控制方案。串级控制方案主要是依据加热炉的不同干扰位置, 构建多参数、多元化的串级控制系统。在冶炼金属过程中, 若需要应用气体燃料时, 则必须换掉串级控制中的副调节器, 对此, 冶金企业可以选择浮动阀来代替, 还可以在使用气体燃料前, 改变燃料气的压力波动, 减少其对出口温度的热作用。由于串级控制方案和前馈控制方案在实践操作过程中简单易行, 因此在冶金企业部门得到广泛的应用。
2.2 燃烧过程控制
加热炉在使用过程中, 要尽可能地降低炉里剩余的空气量, 这样, 加热炉才有可能进行充分的燃烧。因此在加热炉使用时, 必须对加热炉的燃烧过程进行自动控制。加热炉燃烧过程的自动控制, 我们可以采取比较简单的方法。比如, 通过加热炉里的含氧量信号, 可以进行比值系数的修正。加热炉含氧量控制系统包括两个方面, 即检测机构与执行机构, 它们是加热炉含氧量控制系统安全运行的关键因素。在加热炉含氧量检测机构上, 我国大多冶金企业都选择氧化锆测氧技术。在使用氧化锆测氧技术检测加热炉烟道气中的含氧量时, 应正确选择测量点, 注意参比气体的流量, 控制锆管里的温度。目前, 我国冶金企业在加热炉燃烧控制系统中的执行机构比较落后, 其性能不完善, 影响和制约整个系统的稳定运行。对此, 冶金企业可以采用注入阻尼滞后的办法来提高燃烧控制的质量, 或者增加非线性环节来改善整体的品质。
2.3 联锁保护系统
冶金企业在使用加热炉时, 经常发生回火事故。当能源介质因为流量低于标准而致使烧嘴中断、火焰熄灭时, 就有可能发生回火事故。此外, 加热炉内燃料的管道压力低于标准时也经常引发回火事故, 相反, 当燃料管道压力高于标准时又有可能出现脱火事故。
加热炉联锁保护系统由多个部分组成, 包括温度调节器、压力调节器、火焰检测器、流量变送器以及低选器等等。若加热炉内的燃料管道压力比规定的压力大时, 加热炉无法进行正常的压力调节工作, 压力调节系统此时会选择低选器来进行相关的操作, 这样很容易引起加热炉出口温度的变动, 影响加热炉的整体质量。因此, 必须保证压力调节系统科学、有效的运行, 避免燃料管道压力过高, 防止脱火事故的发生。只有管道压力符合标准时, 温度调节系统才会使用低选器进行正常的操作工作, 金属燃料出口温度才得以恢复正常。金属燃料在进入加热炉时的流量低于标准时, 加热炉联锁保护系统就会出现双位信号, 以便控制加热炉的电磁阀, 取消加热炉里的燃料气供给量, 这样可以避免回火事故的发生。
3 加热炉设备自动控制的发展趋势
当前, 我国的节能技术日益发展, 在节约能源方面的贡献也是越来越大。加热炉就是在这样的背景下, 不断完善其节能控制系统。加热炉节能控制系统的完善主要根据燃烧过程的数学模型来寻找最优秀的燃烧过程计算机控制方案。目前, 我国大部分冶金企业已经实现这一方案, 比如, 有些冶金企业在生产过程中依据燃烧过程数学模型来构建微机控制系统, 有些冶金企业充分运用高科技完成约束控制, 确保加热炉安全、有效地进行。越来越多的冶金企业开始追求燃烧模型的工作方案, 将高科技引入到加热炉的运用中, 加热炉设备的控制方案也在不断地完善。
4 结论
加热炉是工业生产部门不可缺少的设备之一, 它影响着我国工业部门节能工程的实施。因此, 有必要研究最佳的加热炉设备控制方案, 实行加热炉设备的最佳燃烧控制。加快我国工业部门节能工程的进展, 实现经济与资源、环境的可持续发展。
摘要：加热炉是工业生产部门最主要的设备工具之一, 在我国工业生产过程中得到广泛的运用。本文从加热炉设备控制流程入手, 分析研究加热炉设备的控制方案。
关键词：加热炉,设备控制,方案研究
参考文献
[1]张香炜, 冯良, 姜娣.燃气比例阀的控制方案分析[J].煤气与热力, 2009 (2) :B4-26.
[2]吴波, 张静, 向勇.箱式热处理炉温度控制系统设计[J].热加工工艺, 2007 (14) :79-82.
加热炉温度控制系统 篇8
关键词：加热炉,温度控制,炉温优化
0 引言
国内某钢铁厂热轧1580mm生产线的加热炉采用的是蓄热燃烧技术, 使用高、焦以及转炉混合煤气做为燃料, 炉体分为四个燃烧段:预热段, 第一、第二加热段和均热段燃烧控制, 每段又分为上下共八段燃烧温度控制方案。可以通过空气/煤气比自寻优模型, 来实现煤气流量和空气流量的最佳配比控制, 使燃烧达到最充分的状态, 从而可以准确地控制温度。
1 温度控制方法
炉温控制是加热炉的核心控制部分, 它由执行器自动调节, 再配以空燃比等各项辅助控制以提高炉子的加热效率。每一个燃烧段的上部和下部炉温由安装在左右两侧炉墙上的热电偶来检测。在正常生产中, 控制系统可以自动选择温度较高的热电偶作为炉温控制的设定值;操作人员也可以选择其中任何一侧的热电偶作为炉温控制的设定值;另外当一只热电偶出现故障时, 可以自动切换到另一支热电偶进行温度测量。热电偶实际测量的温度可以给温度控制器提供参考, 使其产生一个信号, 这个信号可以作为空气流量和煤气流量控制器的设定值, 达到控制空气和煤气的流量的目的。加热炉的高质量控制对加热炉的生产起着非常重要的作用。在板坯加热过程中, 必须要控制好加热炉的各项指标, 否则大风量操作不仅会产生过多的废气, 还会带走很多的热能, 并造成板坯表面氧化层的增加, 从而延长了加热时间, 造成了能源的浪费, 降低了热效率。
2 温度控制策略
加热炉的温度控制包括加热、保温、再加热等多个过程, 每个过程都要求加热温度按照轧制要求进行升温或保温。通过控制煤气和热空气的流量, 能够调节设定的温度, 使炉温的动态性能和静态性能都满足轧钢的工艺要求。
2.1 煤气-空气双闭环控制 (煤气-空气分离控制)
加热炉燃烧过程中, 如果温度控制的比较平稳, 可以采取煤气-空气双闭环控制方案来控制煤气流量和空气流量。煤气流量是主动量, 空气流量是从动量。在稳定状态下, 煤气流量和空气流量按一定的空燃比进入加热炉中。当需要根据轧制要求升降温度时, 炉温控制器的输出一方输入煤气流量控制器进行煤气流量的控制;另一方经空燃比控制器后作为空气控制器的设定值, 进行空气流量控制, 煤气和空气双闭环比值控制开始作用。
当炉温稍高于设定温度时, 炉温控制器是反作用, 此时输出和空气流量的设定值都会减少, 且煤气流量的测量值不会发生变化, 利用煤气流量控制器控制煤气调节阀开度减小, 使温度降低;同时空气流量控制器输出也减小, 控制空气调节阀开度减小。当炉温稍低于设定温度时, 炉温控制器也是反作用, 此时输出和空气流量的设定值都会增大, 且煤气流量的测量值不会发生变化, 利用煤气流量控制器控制煤气调节阀开度增大, 使温度升高;同时空气流量控制器输出也增大, 控制空气调节阀开度增大。
如果需要快速升温, 可以改进为温度控制器输出直接给煤气控制器作设定值;空气设定由生产率计算得出, 通过前馈控制器发送给空气控制器。 (图1)
然而, 煤气-空气双闭环比值控制在温度发生急剧减少或增加的情况下就不能发挥作用了, 可能会产生过氧燃烧或缺氧燃烧现象, 使加热炉的热效率大大降低。为了保持煤气、空气的最佳燃烧, 可采用双交叉限幅控制来弥补双闭环控制系统动态比特性上的缺陷:即在双闭环比值控制的基础上, 在温度控制器后增加双交叉限幅功能。
2.2 煤气-空气双交叉限幅控制
双交叉限幅控制对副回路的煤气流量和空气流量的设定值的限幅控制是通过利用煤气流量和空气流量的实测值来实现的, 在温度发生剧烈变化时, 利用两者的相互制约能够有效的防止煤气或空气过剩。利用双交叉限幅控制, 副回路控制器可以为自己选取一个合理的数值来作为设定值, 如此一来, 能够有效的控制煤气流量和空气流量, 保证空燃比的合理性。
双交叉限幅控制能有效地限制空气过剩率, 保证系统工作在最佳燃烧范围内;但同时由于双交叉限幅控制响应速度慢, 限幅较死, 有时并不能满足现场要求, 可灵活视生产情况由上位机选择采用哪种控制方案。
3 炉温的优化
加热炉的燃烧控制是针对炉温而言的, 但实际上真正需要控制的是板坯温度, 由于钢坯内部温度难于测量, 因此需要建立一种模型来监控和计算每块板坯的温度状况, 这种模型被称为数学模型。数学模型一般以炉内板坯的尺寸、位置、被加热时间以及炉温为基准, 对温度进行连续计算。计算出来的板坯温度与设定加热温度相比较, 差值用来校正区域内的温度设定, 从而使加热过程按照理想设定值进行。它实质上是在炉温自动控制的基础上, 对炉温设定值的一种实时校正。数学模型的基本思想是跟据生产率及实际出钢温度的变化情况, 实时修正炉温设定值。但由于每个供热段负荷不同, 导致其各段模型系数也不一样, 在调整模型系数时应该考虑到其实际情况。
数学模型原理:
各段炉温数学模型计算公式为:
参数说明如表1。
4 结束语
加热炉采用这些先进的控制策略的目的是使煤气和空气充分燃烧以提高加热质量, 使其作为轧机延迟时温度控制, 并确保温度自动控制的稳定性。故加热炉的温度控制对于整个轧制过程来说是相当重要的, 温度控制准确, 板坯的温度才能满足轧制的技术要求。
参考文献
[1]乐建波.温度控制系统[M].北京:化学工业出版社, 2007.
[2]朱佳娜, 张加易.改进型双交叉控制在热处理炉中的应用[J].中国测试技术, 2004, 30 (4) :43245.
[3]蔡乔方.加热炉[M].北京:冶金出版社, 2008.
[4]曹树卫.钢坯步进梁式加热炉工艺设计及装备[J].钢铁研究, 2007 (01) .
浅谈工业加热炉主要仪表控制回路 篇9
【关键词】加热炉、温度、炉膛压力、燃烧效率、控制回路
【中图分类号】TP273 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0141-02
1、加热炉介绍
加热炉是工业生产中将物料或工件加热的设备，是工业中非常常见的加热设备，是利用燃料在炉膛内燃烧时产生高温火焰与烟气的热能加热炉管或传送带上物料、元件等，使其达到后续工艺过程所要求的温度或在炉管中进行化学反应。其普遍应用于石油、化工、冶金、机械、热处理、建材、材料、轻工、制药等诸多行业领域。
加热炉根据不同类型所分类也非常多，其中主要的分类为：
按热源划分有燃料加热炉（固体、液体、气体）、电能加热炉（电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉）；
按照炉子的作业方式分为：直接加热方式（焚烧炉、平炉、转炉等）；间接加热方式（辐射炉、感应炉等）；
按照结构及安装方式分为：圆筒炉、立式加热炉，卧式加热炉、大型方炉等；
按照用途分为：焚烧炉；物料加热炉；裂解炉；炼铁炉；轧钢锻造炉；热处理炉；水泥窑炉；陶瓷窑炉，玻璃窑炉等；
按燃烧方式分为：直火焰式、附墙火焰式、无焰燃烧式等；
按燃烧器布置方式分为：底烧、顶烧、侧烧、顶侧烧式等。
2、管式加热炉结构及控制原理
在石油化工领域，加热炉已经成为合成气、加氢裂化、加氢精制、乙烯裂解等生产过程中进行原料热处理、石脑油裂解、加氢转化反应等的重要设备，对整套产品装置的质量、效率、能耗及安全运转起着重要作用。根据石油化工领域工艺过程的特点及要求，这种加热炉主要以管式加热炉为主，石化装置加热炉炉管内流动的物料通常是高温、高压、易燃、易爆的烃类物质；被加热介质或物料易在炉管内结焦；炉膛温度和物料温度的控制要求高；加热方式以直接受火底烧式为主；主要燃料为易燃易爆的液体或气体燃料；危险性大；操作条件苛刻；并需要长周期连续运转。
本文以管式加热炉为例，重点介绍工业加热炉的出口温度、炉膛压力、燃烧效率等几个重要控制回路。
根据加热炉的结构可以看出，管式加热炉的主要结构由燃烧器、辐射室、炉管、对流室、余热回收系统及烟道系统组成。
根据工艺要求的不同，加热炉的工艺控制参数也有很大的不同，但总体来看，加热炉的主要控制回路包括炉膛温度控制，炉膛压力控制，炉管物料出口温度控制，物料流量控制，加热燃烧率控制等主要控制回路，如图二加热炉主要控制对象图。为了保证加热炉燃烧的温度、物料的加热温度、压力及流量等满足工艺产品的要求，加热炉的控制要求非常严格，随着自动化仪表及控制系统的发展，特别是PLC系统、DCS系统和总线系统等集成化、大型化工业控制系统的成熟应用，加热炉的自动控制系统也进一步得到提高和完善。但采用单回路控制系统往往很难满足工艺要求，因为当加热炉将工艺介质从加热到数百度甚至一千度以上时，加热炉的热负荷会很大。当燃料供给的压力或炉管中物料的热值有变化时，就会引起加热炉出口温度的明显变化。如只采用单回路控制，当加热量改变后，由于传递滞后及测量滞后较大，控制作用不及时，而使加热炉出口温度波动较大，导致无法满足工艺生产要求。因此单回路控制系统仅适用于对炉出口温度要求不十分严格；对外来影响要求低，且不频繁；炉膛容量较小的加热炉系统。
随着石油化工产业的发展和深化，对加热炉的处理能力及处理精度要求也越来越高，也就要求加热炉的控制精度也要进行进一步的提高，只靠单回路控制系统已经无法满足工艺生产的要求，加热炉的控制系统也就又单回路控制向更加复杂的回路控制发展。
1）、加热炉出口温度的控制：
加热炉出口温度直接影响加物料工艺参数及品质，是加热炉最重要的工艺参数。最简单的出口温度控制方法就是采用单回路的反馈控制（如图三），但该方法没有考虑燃料量变化、进料量及进料温度变化对出口温度的影响。因此，在单回路控制的基础上引入燃料流量控制，组成串级回路控制，控制燃料的进料波动，提高燃烧效率，稳定炉温。同时，串级控制系统也可以将出口温度控制器的输出作为炉膛温度的设定值，炉膛温度控制器的输出作为燃料量的给定值，燃料量控制器再去控制调节阀。这种串级控制利用炉膛温度的重要信息，有利于克服某些装置燃料压力及进料变化引起的波动。
在燃料油作为燃料的系统中，通入一定的蒸汽使燃料成分雾化，可以提高燃烧效率。假如燃料油压力变化较大时，仅采用蒸汽压力控制不能确保燃料油得到良好的雾化，进行充分的燃烧造成燃料的浪费和温度波动。因此引入采用燃料油阀后压力与雾化蒸汽压力比值控制或二者流量的比值控制能更好的控制燃料的燃烧和加热炉出口温度控制。
这样整个加热炉的出口温度控制回路就将出口温度控制、炉膛温度控制、燃料供给回路控制组合成串级、前馈、反馈、比值控制系统，从而组成一个比较复杂的控制回路，提高控制精度。
2）加热炉炉膛压力控制：
加热炉炉膛压力是加热炉控制回路的另一个重要的参数。炉膛压力过高时，炉膛向外喷火，导致大量有效热量散失，增加炉子的燃料消耗，而且也易烧坏炉子的钢结构，降低炉子的使用寿命，同时还会导致劳动环境的恶化，危及操作人员的安全；炉膛压力过低，会吸入大量的冷空气，漏风热损失和排烟热损失增大，同时会影响到炉管的氧化，降低炉管寿命。因此，炉膛压力的控制能保证加热炉最佳燃烧状态，保证加热炉的生产效率和稳定产出。
炉膛压力主要与进风量和引风量直接相关，目前多采用单变量控制加上送风量前馈调引风来进行控制（如图五）。
3）加热炉燃烧效率控制：
烟气含氧量是标志燃烧状况的重要参数，烟气含氧量的大小能反映出加热炉的燃烧情况，含氧量不足时，燃料燃烧不充分造成大量的燃料损失，烟气中CO等含量增加，对大气环境造成了危害；含氧量过大时，空气流动大造成烟气带走大量的热量，并导致空气中的N2在高温下与O2发生化学反应生成NOx，造成污染。因此控制烟气含氧量不仅可以提高加热炉的热效率，更有利用装置的环保、安全运行。
风机转速、炉膛温度、燃料量烟气含氧量有直接的影响。在控制氧含量回路中将燃料量的变化引入反馈控制回路，与风机转速、炉膛温度组成串级回路，可以很好的解决加热炉燃烧效率控制（如图六）。
3、复杂控制回路应用
但随着加热炉工艺技术进步，装备制造工艺的提高以及产能效率要求的最大化，导致对操作条件的要求更加严格，各种参数间的相关关系更加复杂，为适应生产发展的需要，产生了复杂控制系统。复杂控制系统就是在单回路控制系统的基础上，再增加计算、控制环节或者其他环节构成。以上控制回路是加热炉控制的重要基本控制回路，关系到整个装置的产品质量和运行效率，也都属于复杂控制系统。采用复杂控制对提高控制产品品质，扩大自动化应用范围起着关键性作用。通常复杂控制系统约占全部控制系统的10%，但对生产过程的贡献则达80%。
以乙烯裂解加热炉出口温度复杂控制为例，目前，每台乙烯裂解炉炉管并不是由单一一组炉管组成，一般会有6到8组炉管均匀分布在两个炉膛内，裂解炉的稳定运行要求每个炉管的温度要基本一致，不能超过某一限值。虽然炉管与炉膛的烧嘴在炉膛内进行均匀布置，但每条燃料支路与每条炉管进料并不总能保持平衡，一旦受到某一条件的影响就会产生炉管受热不均现象，导致不同炉管间温度偏差过大，对产品质量及产量都会产生重要影响。因此，要对炉口出口温度进行均衡控制，以多组炉管平均温度为基准，对每组炉管进料调节器的设定点进行再分配，使每组炉管出口温度与平均炉管出口温度之差最小，这样可避免各组炉管间进料流量出现较大的偏差。同时，当某组炉管进料量因温度均衡控制而改变后，可通过自动调整其他几组炉管进料量控制模块的设定值，将其改变的流量再分配到另外的炉管进料量中予以补偿。该复杂控制回路通过求和模块求出进料总量作为总通量控制器的过程变量值，通过与其设定值的比较，自动调整总进料量从而达到控制进料总量趋于不变的目的，以保证工艺产品产量和质量的要求。
4、结束语