王海群 張亞

摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會生產(chǎn)、生活水平的提升，石油系統(tǒng)在很多方面都必須獲得較大的進步，不能總是停留在基礎(chǔ)的層面上。燃氣加熱爐是石油系統(tǒng)的重要組成部分，其主要設(shè)置的地方在于井口、聯(lián)合站、計量站、接轉(zhuǎn)站等等，主要是用來提高被輸送介質(zhì)溫度，由此來達到其需要的工藝溫度，最終將運輸、分離、粗加工等工藝進行有效的落實。所以，在燃氣加熱爐的運轉(zhuǎn)過程中，必須針對燃燒控制方法進行深入的研究，既要在整體上予以良好的控制，又要在經(jīng)濟性方面達到標準。文章就此展開深入討論，并且提出合理化建議。

關(guān)鍵詞：燃氣；加熱爐；控制；討論

引言

在長慶油田，使用的燃氣加熱爐主要包括火筒式直接加熱爐、火筒式間接加熱爐、立式管式加熱爐、臥式管式加熱爐、導(dǎo)熱油加熱爐、真空加熱爐和相變式加熱爐。不同形式的加熱爐在結(jié)構(gòu)上存在一定的差異，但在燃燒控制上基本相同。與一般設(shè)備有所不同，燃氣加熱爐在運轉(zhuǎn)的過程中，燃燒控制方法表現(xiàn)為多樣化的特點，有很多方法都可以達到“控制”的效果。可對于具體的工作成果而言，僅有少數(shù)的方法，可以達到預(yù)期效果。在現(xiàn)階段的社會發(fā)展中，石油已經(jīng)成為了一種不可或缺的資源，自身表現(xiàn)為不可再生性，倘若燃氣加熱爐的燃燒控制方法達不到要求，則會導(dǎo)致石油系統(tǒng)的部分工作，無法正常的實現(xiàn)目標，最終導(dǎo)致石油加工、生產(chǎn)、運輸遇到較多的阻礙，對國內(nèi)的建設(shè)產(chǎn)生不利影響。今后，我們?nèi)匀恍枰槍θ細饧訜釥t的燃燒控制方法深入研究，來推動工作水平的提升。

燃氣加熱爐是熱軋生產(chǎn)過程的重要熱工設(shè)備，其能耗占到鋼鐵工業(yè)總能耗的25%。加熱爐溫度控制性能直接影響到能耗大小、環(huán)境污染和最終鋼材產(chǎn)品質(zhì)量、鋼坯成材率、軋制設(shè)備壽命以及整個軋制生產(chǎn)線的有效作業(yè)率。但是加熱爐的燃燒過程受多種隨機因素干擾，控制對象具有大慣性環(huán)節(jié)、時變性及非線性（調(diào)節(jié)閥死區(qū)、滯環(huán)、延遲等）特性，對于這種復(fù)雜的控制對象，即使是經(jīng)驗豐富的操作工，也很難全面考慮各種因素的影響進行準確的控制。因此，對加熱爐之類的工業(yè)爐窯燃燒機理進行分析，并建立良好的爐溫自動控制的理論算式，使控制系統(tǒng)在高效節(jié)能的工況下運行，對實現(xiàn)節(jié)能降耗和降低對環(huán)境的污染有著極其重要的意義。

1 燃燒機理分析

加熱爐以高爐、焦爐混合煤氣為燃料，分多個控制區(qū)。每個控制區(qū)燃燒過程是燃氣的氧化過程。當(dāng)燃氣燃燒時，火焰溫度的高低并不由燃料數(shù)量的多少來決定，而取決于燃料是否完全燃燃氣加熱爐在應(yīng)用過程中，會采用不同的燃料來完成燃燒處理。例如，在長慶油田當(dāng)中，其采用的燃氣，主要是來自于石油當(dāng)中的伴生氣以及氣井。燃氣加熱爐自身劃分為多個控制區(qū)域?，F(xiàn)階段所應(yīng)用的燃氣加熱爐，控制區(qū)域包括預(yù)熱段、二上段、一上段、均下段等等，每個部分都是環(huán)環(huán)相扣的，所以在燃燒控制方面，難度并不低。在燃氣加熱爐的燃燒過程中，各個控制區(qū)域的燃燒過程，可以直接看作是燃氣的氧化過程，這樣一來，就對燃燒機理進行了簡單的定義，具體的操作也會簡便一些。在燃氣的燃燒過程中，火焰本身的溫度，有很多的決定性因素，但其與燃燒數(shù)量的多少，并沒有直接的關(guān)系?；鹧娴臏囟惹闆r，與燃料是否充分的燃燒，燃料是否充分的發(fā)出最大的熱效率，具有很大的關(guān)聯(lián)。這兩個方面均可以作為燃燒控制的重點來對待。經(jīng)過系統(tǒng)的分析后認為，燃燒系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時，其燃燒質(zhì)量與空氣本身的過剩率存在非常密切的關(guān)系?？諝膺^剩率的表述，可以通過空燃比來進行，主要指的是空氣和燃氣的具體配比情況。在理想的混合狀態(tài)下，理論量的空氣即可以保證完全燃燒。但在實際的燃燒裝置中，“三T”條件不可能達到理想化的程度，因此為使燃料完全燃燒就必須供給過量的空氣。在研究過程中，一般是將u設(shè)定為剩余空氣系數(shù)將r設(shè)定為空燃比。經(jīng)過計算后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)u>1.10時，空氣表現(xiàn)為過剩的狀態(tài)，會直接影響到加熱的質(zhì)量，同時還導(dǎo)致煙氣當(dāng)中，帶走了很多的熱量，但燃氣加熱爐的煙氣也未得到有效的循環(huán)利用。這時的燃燒系統(tǒng)，在熱效率方面表現(xiàn)為過低的狀態(tài)。

2燃燒控制策略

雙交叉限幅控制就燃氣加熱爐本身而言，其在燃燒控制工作上，需要從很多的內(nèi)容出發(fā)，不能單純的利用一兩項策略，直接將燃燒問題解決。開展燃燒控制的目的，在于更好的節(jié)約能源，針對燃氣加熱爐的運轉(zhuǎn)起到保護作用、鞏固作用，為石油系統(tǒng)的工作，提供更多的直接幫助和保障。為此，提出了一種“燃氣加熱爐——雙交叉限幅控制”的方法，該方法在很多方面都具有較高的可行性，深入分析后，可以為燃燒控制提供足夠的支持。

燃氣加熱爐的負荷發(fā)生變化后，常規(guī)的雙交叉限幅控制，主要是針對系統(tǒng)燃氣、空氣流量變化速度，進行有效的控制。這樣操作的優(yōu)勢在于，能夠?qū)ψ罴训目杖急冗M行有效的保證。但是，如此操作的劣勢也表現(xiàn)的非常突出，其會直接降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，導(dǎo)致燃氣加熱爐的運轉(zhuǎn)效率出現(xiàn)下降的情況。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優(yōu)化。

雙交叉限幅控制的理念的確能夠為燃氣加熱爐的燃燒控制提供一定的幫助，但在具體的方法上需要得到優(yōu)化處理。為此，建議在應(yīng)用雙交叉限幅控制的方法時，可以考慮融入加熱爐溫度的實際控制值，以及設(shè)定值。從理論上分析，這兩項指標的控制，能夠有效的設(shè)定偏置函數(shù)，結(jié)合具體指標的變化，在偏置量取值方面，能夠得到更好的效果。除此之外，以目前的科學(xué)技術(shù)、設(shè)備而言，可以直接在燃氣加熱爐當(dāng)中，設(shè)定變偏置——雙交叉限幅控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在設(shè)定后，能夠為燃燒控制提供更多的幫助，減少內(nèi)部的缺失問題。

偏置函數(shù)在設(shè)定后，必須進行深入的分析和計算?？紤]到燃氣加熱爐本身的特點以及燃燒控制的各項目的，偏置函數(shù)的取值過程中，可以依據(jù)試驗來完成，選擇一組系統(tǒng)性能表現(xiàn)最優(yōu)的函數(shù)值，由此來建立“溫度——偏置函數(shù)取值表”，最終在取值上達到精確性的目的。

3 雙交叉限幅燃燒控制

燃氣加熱爐的運轉(zhuǎn)過程中，燃燒控制方法的的執(zhí)行，必須從相關(guān)的影響因素來出發(fā)，否則僅僅是在表面上控制，并不能取得理想的效果。雙交叉限幅燃燒控制的方法，其主要是針對副閉環(huán)回路的空氣流量進行控制，同時還會對煤氣流量進行控制，主要是通過具體的設(shè)定值來進行控制。這種雙向控制方法，能夠在很多方面提高燃燒的效率和質(zhì)量，確保充分燃燒，得到更好的運轉(zhuǎn)目的。雙交叉限幅燃燒控制在應(yīng)用的過程中，會將高值選擇器、低值選擇器同時進行應(yīng)用，利用二者的相互制約特點，防止負荷的變化過快現(xiàn)象，并且針對燃料過剩、空氣過剩的問題進行充分的解決，在本質(zhì)上實現(xiàn)了過氧燃燒、缺氧燃燒現(xiàn)象的產(chǎn)生，達到了燃燒控制的目的。雙交叉限幅燃燒控制在應(yīng)用后，能夠?qū)θ剂狭髁俊⒖諝饬髁績蓚€方面，做出有效的控制，促使兩項指標，能夠在合理的比值上，達到交替上升的效果，而具體的空燃比，將會保持在合理的范圍內(nèi)，不會出現(xiàn)太多的浪費現(xiàn)象，這對燃氣加熱爐的長久、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，提供了很多的幫助。為確保燃燒控制系統(tǒng)在擾動和負荷急增或急減時，均能在空微過剩狀態(tài)下燃燒，在穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)具有兩個并聯(lián)副回路的串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

4雙交叉限幅控制的數(shù)學(xué)分析及描述

其中溫度控制回路作為主回路，燃氣流量回路和空氣流量回路并聯(lián)作為副回路。交叉限幅部分是為了改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，保證在動態(tài)過程中空燃比維持在一定的范圍。雙交叉限幅燃燒控制采用對副閉環(huán)回路的空氣流量控制和煤氣流量控制的設(shè)定值進行限幅，通過高值和低值選擇器相互制約來防止負荷變化很快時出現(xiàn)的燃料或空氣過剩，從而避免過氧和缺氧燃燒現(xiàn)象的產(chǎn)生。這樣，燃料流量和空氣流量會嚴格地按照一個合理的比值交替上升，使實際的空燃比保持在合理的范圍之內(nèi)。由于燃料、空氣流量系統(tǒng)中檢測值不可避免的有隨機波動，從而會引起高、低選擇器不必要的頻繁切換給系統(tǒng)帶來波動。一般地，缺氧燃燒不但燃氣的燃值不能充分釋放而造成熱損失，還會造成冒黑煙和燃氣能源的浪費，而過氧燃燒主要是造成熱損失。

總結(jié)：

本文闡述了燃氣加熱爐的燃燒機理，對燃燒控制系統(tǒng)的雙交叉限幅控制思想進行了分析，并用數(shù)學(xué)描述方法剖析了系統(tǒng)在燃燒動態(tài)過程中的燃燒控制特性，從而使燃氣加熱爐的控制系統(tǒng)能始終保持在最佳的燃燒控制狀態(tài)。具體的判斷算式為實際控制系統(tǒng)的計算機編程提供了依據(jù)本文對燃氣加熱爐燃燒控制方法展開討論，從目前的執(zhí)行效果來看，雙交叉限幅控制的方法，針對燃氣加熱爐是比較匹配的，不僅在操作上比較簡單，同時能夠確保燃氣加熱爐迅速的響應(yīng)，自身的系統(tǒng)也得到了更新，整體上符合石油系統(tǒng)的需求。日后，應(yīng)在燃燒控制方法上不斷的優(yōu)化，設(shè)定更多的控制方案，創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟價值和社會價值

參考文獻

[1]?；鄄?森林可燃物熱解動力學(xué)及燃燒性研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2014.

[2]劉承林.基于蓄熱式燃燒技術(shù)的加熱爐控制系統(tǒng)[D].天津理工大學(xué)，2014.

[3]李學(xué)剛.常減壓裝置減壓爐的優(yōu)化設(shè)計研究[D].天津大學(xué)，2014.

[4]高慧嶺.某發(fā)動機用燃氣燃燒器設(shè)計與性能仿真[D].西安工業(yè)大學(xué)，2014.