CO控制技术在延迟焦化加热炉上的应用

方案实施期间燃料气的平均组分与理论配比空气见表1。

1.2 CO控制设计

CO控制技术通过在加热炉烟道中安装CO光束分析仪，检测烟气中CO含量，并在现有的加热炉控制系统中加入理论配比燃烧控制策略和控制变量，控制烟气中CO含量，使燃料和空气达到最佳配比。CO控制示意图见图1。

1.3 传统的O2控制和CO控制技术对比

目前，延迟焦化加热炉普遍采用基于O2的燃烧控制技术。该技术核心是利用氧化锆在辐射室顶部进行定点测量烟气中的氧含量，氧含量数据反馈给计算机进而调节加热炉燃料气的消耗量，实现炉膛温度、炉出口温度控制合理范围内。但是，采用此技术只是将燃烧程度控制在一定较宽的范围内，要想达到精确控制，实现燃料气与空气充分燃烧，达到最佳配比，采用CO分析控制技术不失为一种较好的方式，二者优缺点见表2。

故基于CO光束分析仪低氧燃烧控制策略具有如下优势[5]：

（1）安全性更高：控制策略及时能测量并调整燃料、空气配比，不会出现缺氧燃烧情况，真正实现低氧燃烧。

（2）操作精细化：结合CO和O2数据情况，能够及时发现火嘴燃烧过程中的异常情况，并及时调整。

（3）延长设备寿命：加热炉内烟气中的氧含量降低，从而减缓了炉管与炉内件氧化速率。

（4）提高加热炉效率：降低了氧含量，减少烟气排放量，降低燃料气消耗，提高加热炉效率。

（5）环保明显提升：充分燃烧减少了NOX排放。

2 CO控制技术的工业应用

2.1 实施条件

基于CO控制的燃烧技术要求：加热炉需要有配套的强制通风系统；鼓风机及引风机有相应的变频器，当CO光束分析仪检测到烟气中CO含量与设定值出现偏差时，可通过鼓风机变频调节进风量，从而达到调节烟气中的氧含量，实现低氧燃烧。具体实施要求：①具备强制通风系统；②鼓风机、引风机具备变频器；③在适合的位置安装CO光束分析仪，后安装此仪器需要加热炉在停用时安装完成；④控制策略集成在DCS控制系统中，可在装置停工时将控制方案组态至DCS系统中，若DCS具有在线下装功能，可在实施完成后组态下载。

2.2 工业安装

CO光束分析仪主要由信号源、接收器和控制器组成。信号源和接收器安装在引风机入口处，便于全面检测烟气中的CO含量，控制器安装在仪表机柜室。由信号源发射激光光束垂直穿透烟气流向，接收器接受激光光束信号并对其信号进行分析，检测烟气中的CO含量并将其转化为4～20 mA电流信号传输至DCS（DCS控制逻辑见图2），DCS系统控制器根据CO含量控制值和测量值之间的偏差输出控制信号至鼓风机变频器，调节加热炉鼓风量的大小，控制加热炉内氧含量在0.5～1%之间，真正实现低氧燃烧。

2.3 应用调试

根据各加热炉烟气系统、燃烧器、风门等不同条件，CO控制技术的基本调试过程如下：

（1） DCS控制逻辑组态完成，鼓风机变频完好，CO管束分析儀检测准确且相应较好。

（2）确保加热炉内所有火嘴及长明灯燃烧器无堵塞，保证加热炉各火嘴燃烧在低氧的工况下供热均匀并保持较好的燃烧状态。

（3）根据调试前加热炉燃烧状况及加热炉炉膛氧含量数据，确定鼓风机一个变频值，该变频值一般比正常燃烧值要低，可由调试前氧含量、变频开度；根据调试后需要达到的氧含量估算并确定变频值。

（4）本装置燃烧器所配比的每个风门共有19扣，测试最佳开度在50%左右。调节风门开度主要目的是使各燃烧器风门配比均匀，见图3。

（5）炉膛火焰调节。① 通过调节风道总挡板和每个燃烧器风门的开度，使每个燃烧器风门开度保持在6～8扣之间，控制火焰处于图4中a）状态；② 降低风道总挡板开度，直至个别火嘴出现图4中b）状态，说明黄色火焰的燃烧器配风量偏小，调节相关燃烧器风门，使之达到图4中c）状态；③ 降低风道总挡板开度，若出现图4中d）状态，说明每个燃烧器在不同总风量下提供同比例的供风能达到最佳燃烧效果，若重复出现图4中b）状态，则按照Ⅱ步骤继续调节，直至出现c）、d）状态；④ 将加热炉CO控制策略投自动状态，整定PID参数是鼓风机变频变化速率与CO值向对应，调节达到理想状态。

（6）投用CO控制系统后，加热炉对燃料的变化会更加灵敏，对加热炉瓦斯控制阀位和炉出口温度控制更加平稳，主要分析如下：①由于加热炉内过剩空气减少的原因，加热炉升温速度相对减少，在升温过程中，与氧含量分析控制技术相比，升温所需的燃料气量提升速度减少，燃料气控制阀调节幅度平缓；②加热炉出口温度控制更加平稳，当实际温度与设定值偏差1～2 ℃时即开始进行微量调整，使得燃烧过程始终保持在理论配比的燃烧。

3 CO控制技术应用效果

加热炉经过低氧燃烧改造调试，通过对燃烧器风门的调节，发现燃烧器燃烧效果得到明显改善，具体效果见图5。

左图的为调试前火嘴燃烧情况，右图的为调试后火嘴燃烧情况，经过调试后，燃烧器主火嘴及长明灯风量与燃料气的配比更加均匀，火焰颜色呈较好的淡蓝色，火焰形状直且硬，炉膛明亮且颜色分布均匀，炉膛热强度更加均匀。

在相同的加工负荷下，投用基于CO控制的低氧燃烧技术后，加热炉氧含量下降至1.0%以下，烟气中的CO含量能稳定控制在40～50μg/g，加热炉热效率从92.03%上升至93.14%，鼓风机变频开度从35%下降至28%，减少烟气排放5.2×104 kNm3/年，可节能84 t油/a，同时烟气中NOx下降至30 mg/m3以下，减少NOx排放14 t/a，加热炉节能减排效果明显。

4 结束语

基于CO分析控制技术的低氧燃烧技术经调试后，应用在延迟焦化装置加热炉上的实际情况表明：加热炉各项操作参数控制更加平稳，燃烧器火焰燃烧工况良好，加热炉热效率可提高1%以上，加热炉单项节能减排效果明显，满足设计指标和生产需求，真正达到了环保和效益的双赢。

参考文献：

[1] 李方运. 天然气燃烧及应用技术[M]. 北京：石油工业出版社，2001：35- 62.

[2]张立华， 谭德宽， 等. 加热炉基于 CO 控制的燃烧优化技术的应用[J]. 石油化工安全环保技术，2013，29 （3）：1- 4.

[3]Bambeck， Rober J. Gas analyzer systems and methods： US， 7414726B1 [P]. 2008-08-19.

[4] 王欣. 一种基于CO分析的加热炉燃烧控制技术[J]. 炼油技术与工程，2016，46（8）：36-39.

[5]杜鹏. 加热炉低氧燃烧控制技术的应用[J]. 石油石化节能与减排，2015，5（2）：41-43.

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