CN103278022A - 一种加热炉的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及加热炉的控制领域，一种加热炉的控制方法，在原有根据加热炉实际出口温度Ts与加热炉的出口温度设定值Ta的差值控制加热炉加热或减少加热的基础上，引入户外环境温度Tx修正加热炉的预设出口温度，从而根据户外环境温度提高或减少加热炉出口处的被加热介质的温度，降低了外界环境温度对生产生活终端处被加热介质的实际温度的影响，缩减了生产生活终端处被加热介质的实际温度与预设温度之间温度的偏差，从而更为满足生产生活的需要，并且降低了能源的浪费和废气的排放。

Description

一种加热炉的控制方法
技术领域
本发明涉及加热炉的控制领域，具体而言，涉及一种加热炉的控制方法。
背景技术
相关技术中加热炉全自动燃烧器的控制系统，如图1所示，对被加热介质出口温度的控制可以看做一个闭环控制回路，其控制方法为：获取用户指令，得到被加热介质的出口温度设定值Ta，并将出口温度设定值Ta发送给控制器2，控制器2将其代入至第一预定规则中，控制器2根据出口温度设定值Ta发出指令，执行器3执行控制器2发出的指令，控制被控对象4加热被加热介质；通过温度检测装置5检测被加热介质的出口温度Ts，并将其传输给比较器1；比较器1将实际出口温度Ts与预定出口温度Ta进行比较，并将比较结果发送给控制器，控制器2根据比较器1的比较结果以及第一预定规则发出修正指令，执行器3执行修正指令控制被控对象4加热被加热介质，从而得到变化的被加热介质的出口温度Ts。
然后，不断重复下述步骤：比较器1将变化的出口温度Ts与出口温度设定值Ta比较并将比较结果输送给控制器2，控制器2根据比较结果及第一预定规则修正输出指令，执行器3执行修正后的输出指令控制被控对象4加热被加热介质，温度检测装置5读取出口温度Ts送至比较器1。使得出口温度Ts与出口温度设定值Ta趋于相同。
其中的执行器3为加热炉的燃料调节阀，被控对象4为加热炉。
由于被加热介质需要通过一定长度的管道从加热炉的出口输送至生产生活终端，从而使得生产生活终端的被加热介质的实际温度受户外环境温度影响较大，当出口温度的设定值较低时，有可能不满足生产生活的需要，当出口温度的设定值较高时，可能导致能源的浪费和废气的排放增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加热炉的控制方法，以解决上述的问题。
在本发明的实施例中提供了一种加热炉的控制方法，包括：
步骤一、对户外环境温度进行温度检测获取户外环境温度初始值Tc；
步骤二、根据所述户外环境温度初始值Tc，设定加热炉的出口温度初始值Ta0并根据所述Ta0对加热炉进行初始加热；
步骤三、在加热炉的出口处对被加热介质进行温度检测得到实际出口温度Ts；
步骤四、对户外环境温度进行温度检测得到户外环境温度Tx；
步骤五、根据第二预定规则及所述户外环境温度Tx对所述加热炉的出口温度进行修正得到出口温度设定值Ta；
步骤六、将出口温度设定值Ta与实际出口温度Ts进行比对，根据比对结果及第一预定规则对加热炉进行控制。
本发明上述实施例的一种加热炉的控制方法，在原有根据加热炉实际出口温度Ts与加热炉的出口温度设定值Ta的差值控制加热炉加热或减少加热的基础上，引入户外环境温度Tx修正加热炉的预设出口温度，从而根据户外环境温度提高或减少加热炉出口处的被加热介质的温度，降低了外界环境温度对生产生活终端处被加热介质的实际温度的影响，缩减了生产生活终端处被加热介质的实际温度与预设温度之间温度的偏差，从而更为满足生产生活的需要，并且降低了能源的浪费和废气的排放。
附图说明
图1示出了本发明的背景技术中的加热炉的控制方法的一种实施例的示意框图；
图2示出了本发明的加热炉的控制方法的一种实施例的流程图；
图3示出了本发明的加热炉的控制方法的另一种实施例的示意框图。
附图标记：1-比较器；2-控制器；3-执行器；4-被控对象；5-温度检测装置；6-温度检测装置。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
一种加热炉的控制方法，如图2所示，包括步骤：
S101：控制器通过第一温度检测装置获取户外环境温度初始值Tc；
S102：根据所述户外环境温度初始值Tc，用户在控制器上设定加热炉的出口温度初始值Ta0，控制器根据Ta0控制加热炉加热被加热介质；
S103：控制器通过第二温度检测装置获取加热炉的出口处被加热介质的实际出口温度Ts；
S104：控制器通过第一温度检测装置获取户外环境温度Tx；
S105：控制器根据Tx及第二预定规则对加热炉的出口温度进行修正得到出口温度设定值Ta；
S106：控制器计算Ta与Ts的差值；控制器根据差值的正或负来输出指令控制加热炉加热或减少加热，以使Ts与Ta相等。
上述步骤中的第一温度检测装置及第二温度检测装置可以为温度传感器。温度传感器的精度可以为0.5℃。第一温度检测装置也即环境温度检测装置。其中的被加热介质可以为原油、水或气体等。第二预定规则也叫自适应算法，用户根据户外环境温度及自适应算法修正出口温度设定值Ta。
本发明上述实施例的一种加热炉的控制方法，在原有根据加热炉实际出口温度Ts与加热炉的出口温度设定值Ta的差值控制加热炉加热或减少加热的基础上，引入户外环境温度Tx修正加热炉的预设出口温度，从而根据户外环境温度提高或减少加热炉出口处的被加热介质的温度，降低了外界环境温度对生产生活终端处被加热介质的实际温度的影响，缩减了生产生活终端处被加热介质的实际温度与预设温度之间温度的偏差，从而更为满足生产生活的需要，并且降低了能源的浪费和废气的排放。
优选的，在上述的加热炉的控制方法中，Tx包括：控制器每隔第一预定时间t通过第二温度检测装置对户外环境温度Tx取样一次，控制器对第二预定时间nt内所取样的多个户外环境温度Tx进行数据处理获取平均值
Figure BDA00003342090900052
通过上述实施例，获取第二预定时间nt内Tx的平均值
Figure BDA00003342090900054
用以修正出口温度设定值Ta，使得本发明的加热炉的控制方法对户外环境温度的引入更为科学，对满足生产生活终端的被加热介质的温度的控制更为精准。
优选的，在上述的加热炉的控制方法中，预定规则包括：第二温度检测装置获取户外环境温度初始值Tc；用户在控制器上设定户外环境温度变化预定值ΔT，使：Ta=Ta0+（
Figure BDA00003342090900053
）/ΔT，控制器控制加热炉加热，使得户外环境温度每提高或降低ΔT，被加热介质出口温度降低或提高1℃。
加热炉的出口温度初始值Ta0，是根据当地当时的户外环境温度初始值Tc设定的，是由有经验的操作人员人工设定（例如：根据本地区的输送原油的品质、粘稠度、输送距离等经验数据确定）。温差变化系数ΔT根据经验数据设定，主要受管线保温状况和传输距离等因素影响，也是由有经验的操作人员人工设定。
通过上述实施例，使得户外环境温度每提高或降低ΔT，被加热介质出口温度降低或提高1℃。通过这一限定，使得加热炉的控制方法对于温度的控制更为精准，进一步减少能源的浪费。
优选的，在上述的加热炉的控制方法中，获取户外环境温度初始值Tc，进一步包括：通过温度检测装置获取户外环境温度初始值Tc；对户外环境温度进行温度检测得到户外环境温度Tx，进一步包括：通过温度检测装置对户外环境温度进行温度检测得到户外环境温度Tx；在加热炉的出口处对被加热介质进行温度检测得到实际出口温度Ts，进一步包括：通过温度检测装置在加热炉的出口处对被加热介质进行温度检测得到实际出口温度Ts。
也即通过温度检测装置实现对户外环境温度以及加热炉出口处温度的获取，进一步为控制方法的实现提供依据。
优选的，在上述的加热炉的控制方法中，ΔT的取值范围为大于等于3℃，小于等于10℃。
其中的ΔT可在控制器上进行设置。
通过上述实施例，当ΔT大于等于3℃，小于等于10℃时，对于出口温度设定值Ta的修正更为准确，对满足生产生活终端的被加热介质的温度的控制也更为精准，在满足生产生活需要的基础上减少了能源浪费。
优选的，在上述的加热炉的控制方法中，t为1分钟。
通过设置采样间隔时间为1分钟，既满足了采样的密度需求，又考虑了温度传感器的工作时间，使得温度传感器的选型有较宽泛的选择余地，可以进一步的降低控制成本。
优选的，在上述的加热炉的控制方法中，nt为30分钟。
通过将nt设置为30分钟，使得控制器根据温度传感器每30分钟的检测结果对加热炉的出口温度设定值Ta进行修正，使得出口温度设定值Ta的修正间隔时长更为符合外界环境温度变化的自然规律，提高了对满足生产生活终端的被加热介质的温度的控制精度，既满足生产生活终端的温度需求，也减少了能源浪费。
可选的，在上述的加热炉的控制方法中，ΔT为3.5℃。
通过设置温差变化系数ΔT为3.5℃，使得出口温度设定值Ta的修正更为准确，使得对户外环境温度的引入更为科学，对满足生产生活终端的被加热介质的温度的控制也更为精准，既满足生产生活终端的温度需求，也减少能源浪费。
本发明的具体实施例还如图3所示，用户设定出口温度初始值Ta0，并将Ta0送给控制器2，通过控制器2中的自适应算法得到被控对象4的出口温度设定值Ta，并将出口温度设定值Ta发送给控制器2，控制器2将其代入至第一预定规则中，控制器2根据出口温度设定值Ta及第一预定规则发出指令，执行器3执行控制器2发出的指令，控制被控对象4加热被加热介质；通过温度检测装置5检测被加热介质的出口温度Ts，并将其传输给比较器1；比较器1将实际出口温度Ts与出口温度设定值Ta进行比较，并将比较结果发送给控制器2，控制器2根据比较器1的比较结果发出修正指令，执行器3执行修正指令控制被控对象4加热被加热介质，从而得到变化的被加热介质的出口温度Ts。
然后，不断重复下述步骤：比较器1将变化的出口温度Ts与出口温度设定值Ta比较并将比较结果输送给控制器2，控制器2根据比较结果及第一预定规则修正输出指令，执行器3执行修正后的输出指令控制被控对象4加热被加热介质，温度监测装置读取出口温度Ts送至比较器1。与此同时，控制器2读取户外环境温度检测装置6的温度数据，并根据户外环境温度检测装置6的温度数据及自适应算法修正被控对象4的出口温度设定值Ta。
其中的执行器3为加热炉的燃料调节阀，被控对象4为加热炉。
因此，本发明的方法将户外环境温度参数引入控制回路中，从而根据户外环境温度提高或减少加热炉的出口处的被加热介质的温度，降低了外界环境对生产生活终端处被加热介质的实际温度的影响，缩减了生产生活终端处被加热介质的实际温度与预设温度之间温度的偏差，从而更为满足生产生活的需要，并且降低了能源的浪费和废气的排放。
应用本发明中的加热炉的控制方法，在原来的控制回路中，出口温度设定值增加一个辅助变量，大大提高控制的精度和环境适应性，确保在正常生产运行的情况下，最大限度的节省能源，减少环境污染。
本发明适用于给油、水、气加热并有外输管线的所有加热炉的自动控制系统或采用自动控制技术的燃烧器。
当实际操作中选取ΔT=3.5℃，温度检测装置精度为0.5℃时，两种控制方法的比较：
表一为采用本发明的控制方法的控制系统的数据，由于控制系统中包含自适应算法，无需人工调整Ta。
Figure BDA00003342090900081
Figure BDA00003342090900091
表一
表二是一般燃烧器控制系统在初春和晚秋两次人工调整Ta的数据。
Figure BDA00003342090900092
表二
其中，表一﹑表二中的-35℃为当地冬天夜间的最低环境温度，+31.5℃为当地夏天白天的最高环境温度。
由表一可以计算出，如果当地每天日夜温差10.5℃，每天加热炉原油出口温度调整范围为3℃，每天加热炉原油出口温度平均降低1.5℃。
由表一计算出加热炉原油出口温度平均为+75.5℃，管线内终端温度+55℃。
由表二计算出加热炉原油出口温度平均为80℃，管线内终端温度+57.25℃。
对于给外输原油加热的加热炉，管线内终端温度有一个为临界点，如+55℃即满足用户需求。
低于+55℃管线内原油可能结腊或发生凝固，长期低温造成管线内原油流动性差，影响生产需要，严重时必须扫线。
管线内终端温度高于+55℃，都是在浪费能源，并造成废气排放增加。
本发明的上述实施例中，在一个标准大气压下，每一克水温度升高1℃需要1卡的热量。
一度电=1KW.h=3600千焦，1千卡=4.2千焦，根据给物质加热所需要的热量公式为G=温度差×比热×质量，那么1吨水升高1℃需要的热量：
Q=1℃×1kcal/kg×1000kg=1℃×4.2kJ/kg℃×1000kg=1.17kW.h|；
再计算1吨水从40℃加热到80℃需要的热量：
Q1=(80℃-40℃)×4.2kJ/kg℃×1000kg=46.8KW.h；
即被加热介质出口温度每降低1℃减少功耗1.17KW.h，节能率为2.5%。
以上没有考虑热损失，也就是认为水套加热水的效率是100%。实际情况也是这个节能率与水套加热炉的热效率关系不大。
随季节和天气变化，无人工干预的情况下，被加热介质出口温度处于最高值，严重浪费能源。
随季节和天气变化，偶而有人工干预的情况下，被加热介质出口温度平均值会降低一些。
由此得出结论：在特定地区采用环境温度自适应技术后的加热炉控制系统比之前加热炉控制系统的加热炉原油出口温度平均降低4℃以上，节能率提高10%以上。
不同地区的温差不同，被加热介质也多种多样，因此使用本发明的方法造成的节能率也不一样。
本发明上述实施例是在原来的控制系统中，出口温度控制回路中增加一个辅助变量，大大提高系统的精度和环境适应性，确保在正常生产运行的情况下，最大限度的节省能源，减少环境污染。
本发明的加热炉的控制方法的经济效益评价如下所述：
采用本专利技术后的加热炉控制系统，在保证正常生产、生活需求的情况下，可使被加热介质出口温度年平均降低4℃以上(对于无人工干预的情况会更高），节约能源10%以上。
以给原油加热的100万大卡（额定功率1100KW）的水套加热炉为例，年平均负荷70%，年耗气量66万立方。
如果在保证原油外输不受影响的前提下，随天气和季节变化及时调整原油出口温度，使水套加热炉原油出口温度年平均降低4℃以上，可节约燃气10%以上。
按2元/立方的燃气价格计算，则每年节约燃气6.6万方，节约费用13.2万元。
这就是采用本发明的加热炉的控制方法的环境温度自适应技术带来的好处。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种加热炉的控制方法，其特征在于，包括：
步骤一、对户外环境温度进行温度检测获取户外环境温度初始值Tc；
步骤二、根据所述户外环境温度初始值Tc，设定加热炉的出口温度初始值Ta0并根据所述Ta0对加热炉进行初始加热；
步骤三、在加热炉的出口处对被加热介质进行温度检测得到实际出口温度Ts；
步骤四、对户外环境温度进行温度检测得到户外环境温度Tx；
步骤五、根据第二预定规则及所述户外环境温度Tx对所述加热炉的出口温度进行修正得到出口温度设定值Ta；
步骤六、将出口温度设定值Ta与实际出口温度Ts进行比对，根据比对结果及第一预定规则对加热炉进行控制。
2.根据权利要求1所述的加热炉的控制方法，其特征在于，所述Tx包括：每隔第一预定时间t对所述户外环境温度Tx取样一次，获取第二预定时间nt内所取样的多个所述户外环境温度Tx的平均值
Figure FDA00003342090800012
3.根据权利要求2所述的加热炉的控制方法，其特征在于，所述第二预定规则包括：由用户设定户外环境温度变化预定值ΔT，使出口温度设定值Ta=Ta0+（
Figure FDA00003342090800011
）/ΔT，使得户外环境温度每提高或降低ΔT，被加热介质出口温度降低或提高1℃。
4.根据权利要求3所述的加热炉的控制方法，其特征在于，获取户外环境温度初始值Tc，进一步包括：通过温度检测装置获取户外环境温度初始值Tc；
所述对户外环境温度进行温度检测得到户外环境温度Tx，进一步包括：通过温度检测装置对户外环境温度进行温度检测得到户外环境温度Tx；
所述在加热炉的出口处对被加热介质进行温度检测得到实际出口温度Ts，进一步包括：通过温度检测装置在加热炉的出口处对被加热介质进行温度检测得到实际出口温度Ts。
5.根据权利要求4所述的加热炉的控制方法，其特征在于，所述ΔT的取值范围为大于等于3℃，小于等于10℃。
6.根据权利要求5所述的加热炉的控制方法，其特征在于，所述t为1分钟。
7.根据权利要求6所述的加热炉的控制方法，其特征在于，所述nt为30分钟。
8.根据权利要求7所述的加热炉的控制方法，其特征在于，所述ΔT为3.5℃。
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