加熱爐監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)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(xué)、化纖工業(yè)中使用的工藝加熱爐。被加熱的物質(zhì)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(zhì)一般都是易燃易爆類物質(zhì)。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(zhì)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(jié)構(gòu)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(fēng)系統(tǒng)五部分組成。煙囪煙氣擋板預(yù)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(jié)構(gòu)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(dá)到1500~1800℃，因此輻射室應(yīng)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(shè)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(biāo)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(jì)

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(biāo)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(yīng)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(yuǎn)低于國際先進水平[610]，并且當(dāng)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(yuǎn)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(yīng)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(shè)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(jié)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(shè)計了管式加熱爐遠(yuǎn)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(yīng)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(shè)計。1、管式加熱爐煙氣采集系統(tǒng)的設(shè)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(yīng)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