加热炉炉效软测量与优化控制

加热炉炉效软测量与优化控制

王兴华李渊刘建军

胜利油田东胜公司牛庄采油管理区牛25联合站站长山东东营257000

摘要：近年来，在电厂中越来越多的测量方式使用了软测量，主要针对在锅炉运行过程中难以直接测量的相关参数，例如在锅炉效率计算中，如果用直接测量和计算需要有效利用的热量和送入锅炉的总热量，但是这种方法在电厂现场是很困难的，所以需要通过间接地方法测量和计算炉效，即通过各部分的热损失和总热量，那么就可以相对准确地计算出锅炉效率。

关键词：加热炉；软测量；燃烧优化控制

1加热炉的工艺及分类简介

根据生产工艺的不同所需的加热炉也大不相同，一般在轧钢车间使用连续式加热炉，而锻造车间大多使用室式加热炉。连续式加热炉根据运料方式的不同，又可细分为步进式加热炉和推钢式加热炉。室式炉根据炉底能否移动，分为固定炉底室式炉和台车炉。蓄热式加热炉可以回收废气的余热，节能减排效果显著，是目前大力提倡的加热炉。由于本文所研究的是蓄热式锻造加热炉，所以以下内容主要针对室式炉和蓄热式加热炉进行介绍。第一，室式炉。室式炉属于间歇式加热炉，与连续式加热炉相比结构较为简单，一般用于钢锭锻压前的加热。炉内温度一般不分段，要求炉膛各处的温度均匀。在室式炉工作过程中钢锭不移动，对于加热一些大型钢锭，通常采用周期性加热，即按照加热时间划分为预热期、加热期和均热期，从而确保钢锭内外温度均匀，达到锻造所要求的温度分布。室式炉完成对物料的加热后，炉门开启，锻造装取料机将物料取出，送到锻造机上进行锻造加工，然后再送到室式炉加热，循环往复，直到使钢锭达到所需的形状和内部质量。第二，蓄热式加热炉。加热炉是冶金行业最大的能耗设备之一，据相关数据表明，加热炉中高温烟气所带走的热能约占总热支出的30％～50％。能否将这些热量合理、有效的利用成为加热炉节能减排的首要任务。目前应用最广泛的是采用高温蓄热式燃烧技术（HTAC）回收加热炉高温烟气中的热能。HTAC是一种革命性的全新燃烧方式，通过高效蓄热材料回收高温烟气中的热能，再将吸收的热量预热空气和燃料，可以回收烟气热损失80％左右的热量，从而大幅度提高了热能利用率，实现了节能减排。高温蓄热燃烧技术主要由空气和烟气的换向装置系统以及蓄热装置组成。换向装置系统包括换向阀和换向控制系统，蓄热装置包括烧嘴、蓄热箱体和蓄热体。其中换向阀和蓄热体的选型最为关键，型号选择的合适与否，将直接影响到蓄热式加热炉运行状态的优劣。

2加热炉炉效软测量

2.1加热炉炉效监测系统简介

加热炉炉效监测系统能够对加热炉烟气排放指标进行不间断的测量。该系统是将烟气的测试原件深入到加热炉烟道中进行测试，具有测定准确、持续稳定可靠、操作简便、易于维护等优点。岗位值班人员通过对各运行参数的监控和数据的录入，可以随时掌握加热炉的运行效率。确保加热炉在高效区运行，减少CO2、SOx、NOx的排放量，有效地防止空气污染。

2.2使用方法

2.2.1人机交换界面

仪器开机后变送器本体界面显示如下图1：

图1测试界面图2加热炉实测炉

21.0：测试结果，显当前烟气中的氧含量。Output1：第一路标准信号输出。Output2：第二路标准信号输出。右侧为系统出现故障时的报警提示按钮，自上而下分别为湿度、温度、断信号、量程设置。

2.2.2系统设置

（1）变送器本体量程设置，量程可在0～100%范围内任意设置，本系统设定量程为0～25%，对应输出信号为4～20mA。岗位操作人员只需要输入氧含量和排烟温度按开始计算即可得到加热炉炉效。

3优化控制

3.1控制回路自动

（1）通过对送风、氧量控制系统的优化，使原来一直手动控制的送风、氧量系统能正常投入自动运行，调节品质良好；（2）通过对汽包水位控制系统的优化，解决了升负荷时，汽包水位的扰动大问题，显著提高了系统的稳定性；（3）通过对协调控制系统的优化，完善了锅炉主控直接能量平衡（DEB）回路的计算功能，解决了机炉协调（CCS）投入问题，提高了协调控制系统变负荷能力，使AGC方式下的机组变负荷速率能满足电网要求；（4）通过对DEH系统和一次调频功能的优化，提高了一次调频的控制品质，达到了电网对一次调频的考核要求；（5）通过对减温水控制优化，提高了主汽温度、再热温度控制品质；

3.2燃烧优化控制

通过BP神经网络软测量给出预测锅炉燃烧效率，预测NOX，通过国标炉效公式计算出最佳实时锅炉燃烧效率，通过热态试验配风卡，及负荷-氧量对照表，给出DCS侧各负荷点最佳氧量，通过最佳锅炉燃烧效率（国标炉效EXCEL公式计算）与预测锅炉燃烧效率差值加应的二次风门增量加上热态试验二次风层操开度基值（基于锅炉配风卡），对二次风层操进行自动控制。炉效低，氧量高情况下减小二次风门开度，炉效低，氧量低的情况下增加二次风门开度。

3.3锅炉燃烧效率测试及优化

某厂1#锅炉优化前原运行状态优于2#锅炉，摸底工况得到锅炉进行调整前的运行炉效为90.35%。通过氧量、配风及燃尽风等调试优化，试验期间最终可达到最佳锅炉效率可达到91.31%。考虑锅炉的负荷及煤质状态实时变化，综合考虑煤质及负荷变化，锅炉燃烧效率提升在0.6%以上。2#锅炉试验前进行摸底试验热态工况一测得锅炉原运行效率为88.76%。通过氧量、配风及燃尽风等调试优化，试验期间最终可达到最佳锅炉燃烧效率可达到90.12%。考虑锅炉的负荷及煤质状态实时变化，综合考虑煤质及负荷变化，锅炉燃烧效率提升在0.9%以上。

4开展加热炉炉效提升试验

通过现场调研和大量文献的查阅，针对目前加热炉存在两方面的问题：一是烟道挡板现场调节不便利；二是烟道挡板开关没有界限。针对以上问题重点开展三方面工作，开展烟道挡板自动控制装置研制，开展开度界限的确定，开展烟道挡板开度调节试验。

4.1开展烟道挡板自动控制装置研制

在烟道挡板调节时，需要在加热炉炉顶调节，现场操作不便，存在安全隐患，针对这个问题研制人工自动调节烟道挡板装置的技术革新，目前已申请国家专利。

4.2开展开度界限的确定

影响加热炉安全运行主要控制参数是炉膛负压，过小的炉膛负压可能造成回火伤人事故，过大的炉膛负压会加速炉膛内气体的流动速度，减少换热时间，造成排烟温度过高，增加进入炉膛的空气量，进而提高空气系数。依据加热炉炉膛负压在油田一般不超过-0.2hpa，开展烟道挡板对炉膛负压的影响试验，确定烟道挡板开度区间。

4.3开展烟道挡板开度调节试验

在确定烟道挡板开度界限的前提下，以5度为区间开展烟道挡板调节试验，试验角度主要从两个方向：一是定气量开展挡板调节；二是定参数开展挡板调节。在恒定耗气情况下，开展烟道挡板调节试验，摸清加热炉运行参数变化，根据我矿夏季加热炉耗气量特点，确定三种耗气量做为试验基础，分别为45、55、90m³/h，并利用调节用气开度、流量计监测方式实现气量恒定；利用烟气测试仪测试加热炉烟道挡板在不同开度状态下排烟温度、炉效等技术参数，进行分析对比，找出合理运行状态。试验前后历经30天，测试180次，采集数据1612条。开到85度时热效率最高，掺水温度上升了0.4℃，热效率提高了1.26%，理论节气1.87m³/h。综上所诉根据加热炉夏季运行模式，夏季加热炉合理开度在80度左右。

5结束语

锅炉控制与燃烧优化系统不仅提高了锅炉控制自动化水平，简化了生产操作，减轻操作人员劳动强度；并优化锅炉运行水平，提高锅炉效率同时保证锅炉安全、稳定燃烧，具有良好的经济效益和技术效益。

参考文献：

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