一種新的加熱爐燃燒控制技術

王 健

（中國石油天然氣股份有限公司大連石化分公司，遼寧大連 116032)

一種新的加熱爐燃燒控制技術

王 健

（中國石油天然氣股份有限公司大連石化分公司，遼寧大連 116032)

加熱爐是煉化產業的重要設施之一，也是主要的能耗消耗設施，加熱爐中燃燒的燃料能耗也是裝置最主要的能耗消耗，因此，煉油廠的主要節能工作之一就是降低加熱爐的能量消耗，而降低加熱爐能量消耗的重點就是降低加熱爐的空氣過剩系數，因此，介紹了一種以CO為基礎的加熱爐燃燒控制技術，很好地降低了加熱爐的空氣過剩系數。

加熱爐；空氣過剩系數；CO；O2

加熱爐是煉化產業的主要設施之一，也是能耗消耗的主要設施，加熱爐中燃燒的燃料能耗也是裝置最主要的能耗消耗，因此，想要降低能耗就等同想辦法降低加熱爐的能耗，降低加熱爐能耗最主要的辦法就是控制加熱爐的過剩空氣系數。而過剩空氣系數則決定于加熱爐中的氧氣含量，且通常使用氧化鋯分析儀來進行分析控制，近似實現燃料的充分燃燒。但這種方法并不夠精確，存在明顯的不足：①由于氧化鋯測量分析儀器一般都在加熱爐上部，這使得測量的氧含量并不能夠代表燃燒器周圍的氧含量；②氧化鋯測量分析儀的反應速度慢，靈敏度低；③氧化鋯的溫度適應性差僅限于爐膛高于600℃的加熱爐；④氧化鋯檢測容易受到空氣泄漏的影響。因此，需要一個新的控制變量來控制加熱爐的過剩空氣量，通過監測CO的含量來控制加熱爐的燃燒狀況，其優勢在于：①測出CO的含量可直接反應出加熱爐內燃燒的狀況；②可以將煙氣中的CO控制在微量水平；③將CO作為控制變量可有效地排出空氣漏入的干擾；④CO測量儀反應靈敏、精度高且測量快速。

1 基于CO的煙氣控制原理

1.1 CO和過量空氣的關系

由圖1可看出，當過量空氣變大超過理想的空氣配比以后，CO含量較低，無明顯變化，煙氣能量損失增加。而當O2含量不足形成不完全燃燒時，CO的濃度迅速上升，煙氣能量損失也同步增加。而通過調整供風量，將CO含量調整到合理的范圍內，使得加熱爐的效率得到最佳。即使過剩空氣含量有所波動，也幾乎不會影響CO的含量以及負荷參數。

圖1 CO和空氣過剩系數的關系曲線

圖2是一個燃燒的空氣量、煙氣中O2含量，燃料耗量、CO含量之間的關系圖[1]，同樣可以表明含氧量與CO含量的關系。假定A點表示加熱爐空氣過剩的狀態，當減少過剩空氣至B點，加熱爐燃料耗量降至最低（點B′），B點是加熱爐最佳熱效率點。當過剩空氣量變大時，由于充分燃燒，CO含量很低；當過剩空氣量減少后，CO含量增加緩慢；當燃燒空氣量接近最高效率時，CO的含量開始迅速增多。這樣便可以通過CO的含量的明顯變化來得知加熱爐是否處于最佳狀態。如果空氣量繼續減少，則不完全燃燒加大，隨之加熱爐的能耗也隨之變大。

圖2 燃燒關系圖

1.2 技術原理

以甲烷為例，當氧氣充足時，則甲烷完全燃燒方程式：

甲烷+氧氣=二氧化碳+水

當氧氣不足時，則甲烷不完全燃燒方程式：

甲烷+氧氣=二氧化碳+一氧化碳+水

通常在加熱爐的操作中，當燃燒空氣減少時，氧氣量不足時就會不完全燃燒產生CO，將CO作為鼓風機變頻或者風門擋板的控制變量，通過控制CO含量，當CO含量出現較大波動時則立即進行調整。

1.3 基于CO的煙氣控制原理

由圖1和圖2可知，只有當過剩空氣量較小的時候，才適合用于作為CO控制信號，因此將CO控制在一個相對區域則有利于加熱爐燃燒的控制。則CO合理的控制區域見圖3。

圖3 CO，O2，NOx關系圖及建議的CO控制區域

2 基于CO的控制工藝過程

基于CO的控制工藝簡圖如圖4所示。工藝設備主要由煙

氣采樣探頭、系統控制柜、現場設備等部分組成。

圖4 基于CO的控制工藝簡圖

該控制系統通過CO自動控制加熱爐供風，且通過設定信號的前饋或延遲來消除干擾因素，使控制系統保持平穩。同時該系統還引入燃燒率負載曲線以及安全控制策略，實現加熱爐燃料流量與風機轉速或擋板開度的關聯，始終保持加熱爐在安全狀態。

如圖5，該控制系統采用的CO在線分析儀設在煙道處，使用中紅外光源，可在煙道上直接測量，實現了實時在線分析，且分析儀反應靈敏、精度高、測量快速，最高測量次數可達到每秒7次，儀器正常使用壽命可達到5～7a，很好地減少了運維的工作量。

3 應用實例

中國石油化工股份有限公司鎮海煉化分公司于2014年在PX裝置加熱爐上引進了相同的控制技術，其加熱爐熱負荷為143MW，風道共有5個，燃燒器10個/風道，燃料為管網瓦斯，其加熱爐系統有余熱回收系統，且鼓引風機均為變頻。在引進該控制技術后加熱爐氧含量平均值從2.21%降至0.37%，平均燃料降低300m3/h，折合270kg/h，鼓風機電流從25A降到17A，引風機10A降到6A，NOX排放濃度下降43%，CO2總量下降17 312t/a，總體運行情況良好。

圖5 CO在線分析儀

4 結束語

以CO為基礎的加熱爐燃燒控制技術，相比現在的氧含量控制技術有許多突出的優點，而且已經在國外很多煉廠得到了成功的引用。隨著時代的進步，技術的革新，煉油企業將對加熱爐精細操作、節能、減少污染物排放要求更加嚴格，如果這項技術能夠成熟的廣泛應用，將會給煉化企業的加熱爐節能工作帶來美好的明天。

[1] 錢家麟.管式加熱爐[M].北京：中國石化出版社，2003.

A New Heating Furnace Combustion Control Technology

Wang Jian

The heating furnace is one of the important facilities of the refining industry.It is also the main energy consumption and consumption facilities.The energy consumption of the fuel in the heating furnace is also the most important energy consumption of the installation.Therefore，one of the main energy saving work of the refinery is Reduce the energy consumption of the furnace，and reduce the energy consumption of the furnace is to reduce the focus of the heating furnace air excess coefficient，this paper describes a CO-based heating furnace combustion control technology，a good way to reduce the heating furnace air Excess coefficient.

heating furnace；air excess coefficient；CO；O2

TP391.9

A

1003–6490（2017）11–0090–02

2017–09–02

王健（1990—），男，遼寧大連人，助理工程師，主要從事工藝工作。