馬 杰，陳衛(wèi)軍

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750021）

加熱爐是煉化企業(yè)重要設(shè)備之一，是燃料消耗及能量轉(zhuǎn)換的主要設(shè)備，也是煉化裝置環(huán)保排放物NOx、SOx等環(huán)境污染物的主要來源，在單套生產(chǎn)裝置中能耗占比達70%以上，加熱爐的優(yōu)化、管理以及操作經(jīng)驗的總結(jié)，對于裝置的長周期、節(jié)能降耗、高效環(huán)保運行等有著十分重要的意義。因此，本公司常壓加熱爐在第三周期運行末期，提出對加熱爐燃燒控制技術(shù)進行改造，引進基于CO控制理論配比燃燒技術(shù)。

1 常壓加熱爐基本情況

本公司常壓蒸餾裝置加熱爐（F-101）2011年建成投用，為立管箱式加熱爐，設(shè)計熱負荷55 MW，熱效率為92%。加熱爐四路進料，由輻射室、對流室、地面布置水熱媒余熱回收系統(tǒng)組成，有16臺低氮燃燒器，燃燒控制采用氧化鋯氧含量分析儀測量煙氣中O2含量控制鼓風(fēng)機入口蝶閥，來實現(xiàn)燃料氣和空氣的燃燒配比。前三周期的運行中，在提高加熱爐熱效率、節(jié)能降耗、減少NOx排放等方面也進行了一些改造。如：改造采用高效低氮、低噪聲的燃燒器，降低過?？諝庀禂?shù)，減少NOx排放；燃料氣脫硫處理降低排煙溫度，減少腐蝕及排煙損失；對流室采用全封密結(jié)構(gòu)，減少爐體漏風(fēng)量等等。這些措施使加熱爐的運行效率得到提升，排煙溫度控制在135 ℃左右，爐體表面溫度監(jiān)測小于60 ℃，NOx排放監(jiān)測小于100 mg/m3，熱效率監(jiān)測92.42%。

2 CO燃燒控制技術(shù)原理

加熱爐CO控制理論配比燃燒優(yōu)化系統(tǒng)包括了分析儀、控制策略、工程服務(wù)等。CO-3100-300T系列分析儀采用量子串級近紅外激光技術(shù)，運用氣體對紅外光束選擇性吸收原理制作而成，對煙氣中的CO測量的進度偏差為±2%，靈敏度為0.5%，響應(yīng)時間為7次/秒，測量范圍在0～0.1%，將控制策略整合到原有的DCS系統(tǒng)中，將煙氣中CO含量控制在微量狀態(tài)，靈活調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機入口擋板開度，燃料氣在加熱爐中處于完全燃燒和不完全燃燒的臨界，使加熱爐達到最佳的燃燒狀態(tài)，從而將過?？諝饨档阶畹?，減少排煙損失，以最小的燃料氣消耗來滿足同樣的工況，減少NOx的排放，實現(xiàn)加熱爐節(jié)能、安全、環(huán)保運行。

3 CO控制燃燒技術(shù)應(yīng)用

3.1 CO控制技術(shù)改造

在常壓加熱爐（F-101）余熱回收系統(tǒng)空氣預(yù)熱器出口至引風(fēng)機入口水平煙道位置，橫向水平對開孔（120±3 mm）安裝CO分析儀，CO分析儀發(fā)射光源、接收裝置安裝在煙道，控制器安裝在現(xiàn)場機柜間（見圖1、圖2）?？刂破餍盘栞敵鲋林锌厥褼CS控制臺，建立煙氣CO含量與鼓風(fēng)機入口擋板的自動控制，可手動切換回原O2含量控制，CO分析儀故障或CO含量超高時自動切回，并提高供風(fēng)量。

圖1 安裝示意圖

控制系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)現(xiàn)有的硬件情況、安全儀表系統(tǒng)（SIS系統(tǒng)），在不改變原有邏輯關(guān)系的前提下進行，將新的CO控制模塊引入現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)中，實現(xiàn)控制系統(tǒng)集成整合[1]，將煙氣中CO含量作為直接控制變量來調(diào)整鼓風(fēng)機入口擋板開度，現(xiàn)有的加熱爐煙氣O2含量作為監(jiān)測或參考值，保證變量設(shè)定范圍安全可靠（見圖3）。

3.2 CO控制技術(shù)投用調(diào)節(jié)措施

用煙氣中CO含量控制鼓風(fēng)機入口蝶閥，考慮到其調(diào)整的靈敏性和精確度，在投用時采取以下調(diào)節(jié)措施[2]。

（1）采用減少一次風(fēng)門的開度，將鼓風(fēng)機入口蝶閥的開度開大（45%），以提高蝶閥的調(diào)節(jié)空間和CO控制調(diào)整精度。

（2）由于是在線調(diào)節(jié)，為了保證加熱爐的穩(wěn)定安全運行，將一次風(fēng)門開度減小，鼓風(fēng)機出口壓力由1.2 kPa左右提到2.3 kPa左右，遠離聯(lián)鎖點，一次風(fēng)門的開度西側(cè)35%/東側(cè)37.5%。

圖2 現(xiàn)場安裝位置

（3）將AIC2101設(shè)為自動，設(shè)定值由“2.8”改為“2.2”，鼓風(fēng)機入口蝶閥下降，同時根據(jù)現(xiàn)場火焰的燃燒狀況調(diào)整各燃燒器的二次風(fēng)門，使其燃燒保持基本一致。

（4）調(diào)整過程中，對部分二次風(fēng)門的完好性和開度方向進行了診斷和鑒別，并提出了相應(yīng)的整改措施。

（5）對所有燃燒器的燃料閥進行調(diào)整（未工作燃燒器的燃料閥全關(guān)），對正常工作的燃燒器的燃料閥依據(jù)四路爐出口溫度逐漸開至最大，這樣不僅能使得配風(fēng)更合理，同時也能減小高壓瓦斯對閥門的侵蝕。

（6）在線投用中控室DCS操作臺CO自動控制之前，考慮加熱爐（F-101）的穩(wěn)定運行，將鼓風(fēng)機入口蝶閥開度進行高低限位（60%/42%），同時調(diào)整了負壓控制P/I/D值，使其煙道擋板的變化能適應(yīng)進風(fēng)量和負壓的變化。

（7）CO控制（AIC1111）投自動，設(shè)定CO控制值為0.005%，并不斷的調(diào)整P/I/D值，最終實現(xiàn)CO控制理論配比燃燒，O2含量穩(wěn)定在0.9左右，火焰呈淡藍色，且剛硬正直，加熱爐運行穩(wěn)定。

圖3 加熱爐自控示意圖

3.3 CO/O2控制技術(shù)效果對比

經(jīng)過一段時間考核驗證，各項運行參數(shù)及考核指標明顯提升（見表1）。

表1 CO/O2控制技術(shù)應(yīng)用數(shù)據(jù)對比

從表1可以看出O2含量由實施前的3%左右下降到0.9%左右，CO含量控制在0～0.005%，排煙溫度降低7 ℃，大大降低了排煙損失，燃料氣降低了200 m3/h，節(jié)省了燃料氣，能耗下降，CO2排放量降低，加熱爐熱效率提高約1%，NOx下降60%，實施效果比較明顯。

兩種控制方式比較，通過數(shù)據(jù)對比，傳統(tǒng)的O2控制燃燒配比存在著不足之處，如：氧化鋯O2含量分析儀測輻射室頂部煙氣中的氧含量，觀火窗、防爆門及其他密封部位漏風(fēng)的情況不能客觀的反映，影響測量日常生產(chǎn)中燃料組分的變化對加熱爐燃燒造成擾動也較大，氧化皓分析儀測量是基于電化學(xué)原理，測量比較滯后，加熱爐燃燒控制也相對滯后，帶來因不能充分燃燒損失；加熱爐的操作會考慮將O2含量控制高于理論值，防止貧氧燃燒造成安全事故。相比之下，CO控制燃燒可以很好解決以上問題，CO分析儀是直接安裝在引風(fēng)機入口的煙道上，測量的是混合均勻的煙氣，不受氧含量變化的影響，CO的波動可以被紅外激光迅速的捕捉到。

4 結(jié)論與建議

（1）CO控制理論配比燃燒優(yōu)化技術(shù)在本公司常壓加熱爐上的應(yīng)用取得了較好的效果，總投資178萬元，按節(jié)省燃料、降低生產(chǎn)成本估算，投資回收期1～2年。

（2）通過數(shù)據(jù)對比分析，常壓加熱爐CO2、NOx等環(huán)境污染物排放下降，環(huán)保減排效果明顯，實現(xiàn)加熱爐的節(jié)能、環(huán)保、安全運行，該技術(shù)具有推廣價值。

（3）改造、實施過程是在加熱爐運行線實現(xiàn)，設(shè)備故障情況下也可自動或手動實現(xiàn)控制方式切換，不影響裝置的正常生產(chǎn)運行。

（4）從儀表設(shè)備控制的靈敏度及安全性能方面考慮，建議后期將加熱爐鼓風(fēng)機改變頻，實現(xiàn)CO含量控制鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)燃料與空氣的理論配比燃燒會更加安全穩(wěn)定。