管式加热炉节能自动控制技术研究
在我国石化行业,管式加热炉由于技术水平较落后,造成能耗高,热效率低,排放污染严重。经初步计算,仅50MW以上的加热炉每年要多消耗燃料40余万吨,烟气排放量高达660余万吨,成为能耗污染大户。2006-2020年《国家中长期科学和技术发展规划纲要》、2009年国务院出台的《装备制造业调整和振兴规划》和国家《高技术产业化“十一五”规划》均把石化行业的加热炉的节能减排技术作为重点支持领域。管式加热炉加热的是易燃、易爆的液体或气体,安全生产责任重大。因此,如何提高加热炉的安全性、燃烧热效率、自动化操作水平,减少其对能源的消耗和环境的污染等等,已成为加热炉发展和研究的重要课题之一。
在深入研究管式加热炉的工作原理、工艺要求和安全生产的基础上,研制的管式加热炉自动控制系统用于石化行业的各类管式加热炉的自动控制中,其技术内容如下:采用PCS7分布式控制系统和S7-400HF系列PLC和各类故障安全模块实现硬冗余,以WINCC监控软件实现工程师站、操作员站上位机冗余监控系统;采用先进的控制策略,如多回路独立串级PID控制、每个燃烧器的独立控制技术等;采用工业电视监视炉膛内燃烧器的燃烧状况、辐射炉管及衬里的使用情况;采用火焰检测和自动点火保证燃烧器正常运行等。监控、报警、归档、安全连锁控制等功能齐全;
运用以上这些技术可控制加热炉被加热介质出炉温度稳定在设定温度的±2℃;控制辐射室顶部烟气氧含量在≦3%;将辐射室顶部负压控制在-20Pa~-30Pa范围内。实现4路以上独立回路控制;实现节能减排,提高加热炉平均热效率1%以上,保证了加热炉安全可靠、平稳长期运行,提高了自动化操作水平和信息化水平。
每套自控系统价格约200万元,是国外DCS控制系统的价格的1/3~1/5。用本自控系统可提高加热炉平均热效率百分之一以上,在负荷50MW的加热炉上使用,每年可节省燃料340吨,每吨燃料3200元,即可节约资金108.8万元,还可以减少5500吨的烟气排放量。
在我国石化行业,管式加热炉有一万多个,其中投入使用的负荷在50MW以上的约有2000多个,若能在50MW以上的加热炉上使用本控制系统,可节省控制系统资金40亿元;每年节能减排可节约资金20亿元;每年减少1100万吨烟气排放量。