加熱爐監(jiān)測系統(tǒng)設計

1、第一章緒論第一章第一章緒論緒論1.11.1管式加熱爐概述管式加熱爐是石油煉制、石油化工、煤化工、焦油加工和化學、化纖工業(yè)中使用的工藝加熱爐。被加熱的物質一般為液體或氣體，在加熱爐的爐管中流動進行受熱，并且被加熱的物質一般都是易燃易爆類物質。操作條件極其苛刻，加熱爐必須連續(xù)運行不間斷生產(chǎn)。管式加熱爐為直接受火式加熱爐，燃料為氣體燃料如天然氣，或液體燃料如重質油。管式加熱爐排放的煙氣通過余熱回收系統(tǒng)溫度可以下降到150℃左右，回收排煙中的殘

2、余熱能，熱效率較高。管式加熱爐的一般結構如圖1.1所示[123]：主要由輻射室、對流室、余熱回收系統(tǒng)、燃燒器以及通風系統(tǒng)五部分組成。煙囪煙氣擋板預熱器對流室輻射室燃燒器物料進口物料出口圖1.1管式加熱爐結構圖1、輻射室輻射室又被稱作爐膛，是燃料燃燒的場所，通常位于加熱爐的中下部。燃料油氣在爐膛中燃燒，火焰溫度最高可以達到1500~1800℃，因此輻射室應采用耐熱性能較好的材料建造。因為要防止火焰直接燒到爐管，所以輻射室主要采用輻射傳熱的

3、方式傳第一章緒論分析儀、氧化鋯等先進儀器的發(fā)展和加熱爐自動控制理論的完善，對加熱爐的控制設計進入了以整個系統(tǒng)為主要控制對象、以全方位協(xié)調(diào)優(yōu)化整個生產(chǎn)系統(tǒng)為目標的計算機集中調(diào)度管理的新階段[45]。目前，國外石油化工行業(yè)大多采用先進控制系統(tǒng)對管式加熱爐進行控制，使加熱爐的熱效率穩(wěn)定在85%以上。目前國內(nèi)石化企業(yè)的大量管式加熱爐也已經(jīng)采用了先進的智能控制，但大部分還是主要以工藝控制為主，而對能耗控制涉及的較少。并且國內(nèi)大部分加熱爐還是上世紀

4、八十年代建造的，能耗水平較低，操作不便。以天津某石化公司為例，其煉油廠大部分管式加熱爐都已采用DCS控制系統(tǒng)，但主要還是對其工藝指標進行控制，而對氧含量、二氧化硫和一氧化碳等煙氣成分的檢測還是通過人工應用便攜式煙氣分析儀進行離線檢測，這樣必然存在滯后不能及時反映管式加熱爐的實時運行狀況，使其對加熱爐的能耗控制遠低于國際先進水平[610]，并且當前國家對于企業(yè)煙氣排放及能耗控制提出了硬性要求，因此對管式加熱爐進行在線監(jiān)測并提出調(diào)爐決策十分

5、必要。1.31.3課題的研究目的和意義本課題的研究目的是建立管式加熱爐遠程智能監(jiān)測系統(tǒng)，對加熱爐的煙氣數(shù)據(jù)進行在線監(jiān)測并提出相應的調(diào)爐策略，從而提高加熱爐的熱效率。管式加熱爐是石化企業(yè)煉油廠的主要生產(chǎn)設備，在生產(chǎn)過程中燃料消耗又占煉油成本的絕大部分。因此，提高管式加熱爐的加熱效率，對加熱爐進行節(jié)能降耗優(yōu)化，是降低生產(chǎn)成本的重要手段。目前常用的手段是根據(jù)離線檢測結果及時對加熱爐進行調(diào)整，優(yōu)化加熱爐運行狀態(tài)。但在實際操作中，這種調(diào)爐方式必然

6、存在時滯，并且難以實現(xiàn)穩(wěn)定地保持加熱爐運行在較好狀態(tài)的要求，不能最大程度地節(jié)能。因此我們提出了開發(fā)管式加熱爐智能監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)加熱爐燃燒控制與優(yōu)化，使加熱爐持續(xù)運行在高燃燒效率，對降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益和社會效益有很大的意義。1.41.4課題主要研究內(nèi)容本課題針對石化管式加熱爐能耗優(yōu)化控制薄弱，不能對加熱爐的煙氣數(shù)據(jù)進行在線監(jiān)測的狀況，開發(fā)設計了管式加熱爐遠程智能監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)可以對管式加熱爐的煙氣數(shù)據(jù)進行在線監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測到的煙

7、氣數(shù)據(jù)對加熱爐的運行狀況提出相應的調(diào)爐建議，以提高管式加熱爐熱效率，實現(xiàn)企業(yè)節(jié)約能源消耗減少有害污染物排放的目的。為此本課題研究的主要內(nèi)容包括管式加熱爐煙氣采集系統(tǒng)，基于支持向量機的管式加熱爐的建模，管式加熱爐的冗余調(diào)爐決策系統(tǒng)的設計。1、管式加熱爐煙氣采集系統(tǒng)的設計該系統(tǒng)的主要功能是對加熱爐的煙氣含量進行在線采集，直接抽取管式加熱爐的煙氣應用在線煙氣分析儀對煙氣中氧氣、一氧化碳和二氧化硫的含量進行連續(xù)在線檢測。在整體的系統(tǒng)中，以可編程