CN117848042A - 一种管式加热炉的燃气与空气精确控制的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种管式加热炉的燃气与空气精确控制的系统及方法，该系统包括加热炉炉体(8)、控制单元(7)、多个燃烧器(6)、燃料气进料总线和空气进料总线。采用控制单元对燃料气的温度、压力与设计值的差异对各阀门进行调节，能够保证实际燃料燃烧释放的热量与工艺要求一致，精确计算出实际使用的燃料气流量和实际使用的空气量，进而能够均匀调节空气量和燃料气量的，使各个燃烧器处的热量分布均匀，避免局部超温损伤炉管的问题。同时，采用本公开设计的系统，能够使燃料最大程度的充分燃烧，提升燃料利用率。另外，通过控制单元向自动控制阀发出指令实现自动调节，能够缩短调节时间，提升调节准确度。

Description

一种管式加热炉的燃气与空气精确控制的系统及方法

技术领域

本公开涉及石油化工领域，具体地，涉及一种管式加热炉的燃气与空气精确控制的系统及方法。

背景技术

管式加热炉是石油化工、石油炼制等工业中使用的工艺加热炉，主要以燃料气作为燃料，通过燃料燃烧释放的热量对流经加热炉的工艺介质进行加热，使工艺介质的温度达到工艺要求。

在管式加热炉的设计阶段，业主会提供燃料气的设计温度和设计压力、空气的温度等设计输入数据，设计单位根据这些输入数据确定燃料气的设计流量和空气的设计流量，以保证在设计工况下燃料气燃烧产生的热量能够将流经加热炉的工艺介质加热到工艺要求的温度。但是，在管式加热炉的实际运行过程中，由于设备操作或其他客观原因，加热炉实际所使用的燃料气的温度、压力往往与燃料气的设计温度、设计压力存在较大偏差，同时，实际所使用的空气的温度与空气的设计温度也有较大差别，按照燃料气设计流量和空气设计流量运行加热炉将无法使工艺介质的温度满足工艺要求。例如，若实际所使用的燃料气的温度比设计值大，燃料气的压力比设计值小，此时加热炉若依旧按照燃料气的设计值进行操作，将导致燃料释放的热量大于设计值，导致工艺介质被加热的温度超过工艺要求值。

现有技术通过手动调节所有燃烧器的空气流量和燃料气流量，来最大程度的接近工艺要求的介质温度。但此方法存在明显的缺点，手动调节很容易造成所有燃烧器的燃料量和空气量分配不均匀，导致炉管局部超温，损伤炉管，同时燃料的利用效率低，造成资源浪费，增加了运行成本。另外，当燃烧器数量较多时，手动调节方法费时费力，耽误正常生产，造成间接的经济损失。

发明内容

本公开的目的是提供一种管式加热炉的燃气与空气精确控制的系统及方法，为了解决现有技术中存在的燃料气流量和空气流量无法满足工艺要求、燃料气量和空气量手动调节分配不均匀导致局部超温损伤炉管、燃料利用率低导致资源浪费、手动调节费时费力等问题。

为了实现上述目的，本公开提供一种管式加热炉的燃气与空气精确控制的系统，该系统包括加热炉炉体、控制单元、多个燃烧器、燃料气进料总线和空气进料总线；所述燃烧器包括燃料气入口、空气入口和燃烧器出口；所述燃料气进料总线的入口用于与燃料气源连通；每个所述燃烧器的燃料气入口通过燃料气支线与所述燃料气进料总线的出口连通；所述空气进料总线的入口用于与空气源连通；每个所述燃烧器的空气入口通过空气支线与所述空气进料总线的出口连通；所述燃料气进料总线上设有燃料气总线流量计，所述空气进料总线上设有空气总线流量计；所述燃料气支线上设有支线燃料气流量调节阀、支线燃料气测温装置和支线燃料气测压装置；所述空气支线上设有支线空气流量调节阀和支线空气测温装置；所述支线燃料气流量调节阀、所述支线燃料气测温装置、所述支线燃料气测压装置、所述支线空气流量调节阀和支线空气测温装置分别与所述控制单元信号连接；所述控制单元用于：接收所述支线空气流量调节阀的实际空气流量信号和支线空气测温装置的实际空气温度信号，并控制所述支线空气流量调节阀的开度，以及，接收实际燃料气温度信号，并控制所述支线燃料气流量调节阀的开度。

可选地，所述加热炉炉体包括自上而下依次连通的烟囱、炉体对流段和炉体辐射段；所述加热炉炉体内设有加热盘管，所述加热管盘绕设置于所述炉体对流段和所述炉体辐射段内；所述燃烧器嵌设在所述加热炉炉体的下部。

可选地，所述燃烧器的个数N为2个以上；所述支线空气测温装置位于支线空气流量调节阀的下游；所述支线燃料气测温装置和支线燃料气测压装置位于支线燃料气流量调节阀的下游。

本公开第二方面采用第一方面所述的系统进行管式加热炉的燃气与空气精确控制的方法，该方法包括：

S1、将支线空气测温装置的设定值t_d、支线燃料气测温装置的设定值T_d和支线燃料气测压装置的设定值P_d输入控制单元；

S2、使空气通过空气支线、燃料气通过燃料气支线分别进入燃烧器中，直至管式加热炉正常运行时，使所述控制单元接收支线空气测温装置测得的实际空气温度值t_m、支线空气流量调节阀测得的实际空气流量值q_m、支线燃料气流量调节阀测得的实际燃料气流量值Q_m、支线燃料气测温装置测得的实际燃料气温度值T_m以及支线燃料气测压装置测得的实际燃料气压力值P_m；

S3、根据式1计算出支线空气流量调节阀的计算流量值q_c，单位kg/h；

当支线空气流量调节阀的计算流量值q_c与实际空气流量值q_m之间的关系满足q_m大于(1+a)×q_c或q_m小于(1-a)×q_c时，所述控制单元调节所述支线空气流量调节阀的开度；其中，a为0.001～0.1，优选为0.01；

S4、根据式2计算出支线燃料气流量调节阀的计算流量值，单位kg/h；

当支线燃料气流量调节阀的计算流量值Q_c与实际燃料气流量值Q_m之间的满足Q_m大于(1+b)×Q_c或Q_m小于(1-b)×Q_c时，所述控制单元控制所述支线燃料气流量调节阀的开度；其中，b为0.0001～0.1，优选为0.002。

可选地，当所述支线空气流量调节阀的计算流量值q_c与实际流量值q_m之间的关系为q_m小于(1-a)×q_c时，所述控制单元控制所述支线空气流量调节阀增大开度，直至支线空气流量调节阀的计算流量值q_c与实际流量值q_m之间的关系满足q_m在(1+a)×q_c和(1-a)×q_c之间；当所述支线空气流量调节阀的计算流量值q_c与实际流量值q_m之间的关系为q_m大于(1+a)×q_c时，所述控制单元控制所述支线空气流量调节阀减小开度，直至支线空气流量调节阀的计算流量值q_c与实际流量值q_m之间的关系满足q_m在(1+a)×q_c和(1-a)×q_c之间。

可选地，当支线燃料气流量调节阀的计算流量值Q_c与实际流量值Q_m之间的关系为Q_m小于(1-b)×Q_c时，所述控制单元控制所述支线燃料气流量调节阀增大开度，直至所述支线燃料气流量调节阀的计算流量值Q_c与实际流量值Q_m之间的关系满足Q_m在(1+b)×Q_c和(1-b)×Q_c之间；当支线燃料气流量调节阀的计算流量值Q_c与实际流量值Q_m之间的关系为Q_m大于(1+b)×Q_c时，所述控制单元控制所述支线燃料气流量调节阀减小开度，直至所述支线燃料气流量调节阀的计算流量值Q_c与实际流量值Q_m之间的关系满足Q_m在(1+b)×Q_c和(1-b)×Q_c之间。

可选地，所述燃烧器的个数为N为2个以上；每个所述燃烧器的燃料气入口分别通过燃料气支线与所述燃料气进料总线的出口连通；每个所述燃烧器的空气入口分别通过空气支线与所述空气进料总线的出口连通；每条所述燃料气支线上均设有支线燃料气流量调节阀、支线燃料气测温装置以及支线燃料气测压装置；每条所述空气支线上均设有支线空气流量调节阀以及支线空气测温装置；该方法还包括，将每条所述空气支线的支线空气测温装置的设定值、每条所述燃料气支线的支线燃料气测温装置的设定值以及每个支线燃料气测压装置的设定值输入控制单元中；其中，第n条所述空气支线的支线空气测温装置的设定值为t_dn、第n条所述燃料气支线的支线燃料气测温装置的设定值为T_dn、第n个支线燃料气测压装置的设定值为P_dn；n为1至N中的任意整数；在管式加热炉正常运行时，使所述控制单元测量每条空气支线上的实际温度值以及实际流量值、每条燃料气支线上的实际流量值、实际温度值以及实际压力值；其中，第n条空气支线上的实际温度值为t_mn、实际流量值q_mn；第n条燃料气支线上的实际流量值为Q_mn、实际温度值为T_mn以及实际压力值为P_mn。

可选地，根据式3计算出第n条所述空气支线的支线空气流量调节阀的计算流量值q_cn，单位kg/h；

当第n条空气支线的支线空气流量调节阀的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系满足q_mn大于(1+a)×q_cn或q_mn小于(1-a)×q_cn时，所述控制单元调节第n条所述空气支线上的支线空气流量调节阀的开度；

根据式4计算出第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀的计算流量值Q_cn，单位kg/h；

当第n条燃料气支线的支线燃料气流量调节阀的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系满足Q_mn大于(1+b)×Q_cn或Q_mn小于(1-b)×Q_cn时，所述控制单元调节第n条所述燃料气支线所述支线燃料气流量调节阀的开度。

可选地，当第n条所述空气支线的所述支线空气流量调节阀的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系为q_mn小于(1-a)×q_cn时，所述控制单元增大第n条所述空气支线的支线空气流量调节阀的开度，直至第n条所述空气支线的支线空气流量调节阀的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系满足q_mn在(1+a)×q_cn和(1-a)×q_cn之间；当第n条所述空气支线的所述支线空气流量调节阀的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系为q_mn大于(1+a)×q_cn时，所述控制单元减小第n条所述空气支线的所述支线空气流量调节阀的开度，直至第n条所述空气支线的支线空气流量调节阀的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系满足q_mn在(1+a)×q_cn和(1-a)×q_cn之间。

可选地，当第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系为Q_mn小于(1-b)×Q_cn时，所述控制单元增大第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀的开度，直至第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系满足Q_mn在(1+b)×Q_cn和(1-b)×Q_cn之间；当第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系为Q_mn大于(1+b)×Q_cn时，所述控制单元减小第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀的开度，直至第n条所述燃料气支线的所述支线燃料气流量调节阀的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系满足Q_mn在(1+b)×Q_cn和(1-b)×Q_cn之间。

通过上述技术方案，本公开采用控制单元对燃料气的温度、压力与设计值的差异对各阀门进行调节，能够保证实际燃料燃烧释放的热量与工艺要求一致，精确计算出实际使用的燃料气流量和实际使用的空气量，进而能够均匀调节空气量和燃料气量的，使各个燃烧器处的热量分布均匀，避免局部超温损伤炉管的问题。同时，采用本公开设计的系统，能够使燃料最大程度的充分燃烧，提升燃料利用率。另外，通过控制单元向自动控制阀发出指令实现自动调节，能够缩短调节时间，提升调节准确度。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是一种管式加热炉的燃气与空气精确控制的系统的示意图。

附图标记说明

1、支线空气流量调节阀；2、支线空气测温装置；3、支线燃料气流量调节阀；4、支线燃料气测温装置；5、支线燃料气测压装置；6、燃烧器；7、控制单元；8、加热炉炉体。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本公开第一方面提供一种管式加热炉的燃气与空气精确控制的系统，该系统包括加热炉炉体8、控制单元7、多个燃烧器6、燃料气进料总线和空气进料总线；所述燃烧器6包括燃料气入口、空气入口和燃烧器出口；所述燃料气进料总线的入口用于与燃料气源连通，以使燃料气能够由燃料气进料总线进入系统；每个所述燃烧器6的燃料气入口通过燃料气支线与所述燃料气进料总线的出口连通，以使燃料气能够经燃料气支线进入所述燃烧器6；所述空气进料总线的入口用于与所述空气源连通，以使空气能够通过空气进料总线进入系统；每个所述燃烧器6的空气入口通过空气支线与所述空气进料总线的出口连通，以使空气能够经过空气支线进入所述燃烧器6；所述燃料气进料总线上设有燃料气总线流量计12，所述空气进料总线上设有空气总线流量计13；所述燃料气支线上设有支线燃料气流量调节阀3、支线燃料气测温装置4和支线燃料气测压装置5；所述空气支线上设有支线空气流量调节阀1和支线空气测温装置2；所述支线燃料气流量调节阀3、所述支线燃料气测温装置4、所述支线燃料气测压装置5、所述支线空气流量调节阀1和支线空气测温装置2分别与所述控制单元7信号连接；所述控制单元7用于：接收所述支线空气流量调节阀1的实际空气流量信号和支线空气测温装置2的实际空气温度信号，并控制所述支线空气流量调节阀1的开度，以及，接收实际燃料气温度信号，并控制所述支线燃料气流量调节阀3的开度。

通过上述技术方案，本公开采用控制单元对燃料气的温度、压力与设计值的差异对各阀门进行调节，能够保证实际燃料燃烧释放的热量与工艺要求一致，精确计算出实际使用的燃料气流量和实际使用的空气量，进而能够均匀调节空气量和燃料气量的，使各个燃烧器处的热量分布均匀，避免局部超温损伤炉管的问题。同时，采用本公开设计的系统，能够使燃料最大程度的充分燃烧，提升燃料利用率。另外，通过控制单元向自动控制阀发出指令实现自动调节，能够缩短调节时间，提升调节准确度。

本公开所使用的管式加热炉的加热炉炉体8为本领域常规选择，本申请不做特殊要求，例如，本公开使用的加热炉炉体8包括自上而下依次连通的烟囱、炉体对流段和炉体辐射段；所述加热炉炉体内设有加热管，所述加热管盘绕设置于所述炉体对流段和炉体辐射段内；在本公开的一种具体的实施方式中，所述加热管的入口设置在炉体对流段的上部，所述加热管的出口设置在炉体辐射段的下部。

本公开所使用的多个燃烧器6为本领域常规的选择，本申请不做特殊要求；所述燃烧器6嵌设在所述加热炉炉体辐射段的下部，具体的，所述燃烧器6的出口设置在炉体辐射段的内部，所述燃烧器6的燃料气入口和空气入口均设置在炉体外部。

另外，本公开所使用的、支线空气测温装置2、支线燃料气测温装置4和支线燃料气测压装置5均为本领域常规选择，本申请不做特殊要求。其中，支线空气流量调节阀1和支线燃料气流量调节阀3均选用可同时具有流量调节、流量测量以及流量显示功能的调节阀。

一种实施方式中，所述燃烧器6的个数N为2个以上；所述支线空气测温装置2位于支线空气流量调节阀1的下游；所述支线燃料气测温装置4和支线燃料气测压装置5位于支线燃料气流量调节阀3的下游。

本公开第二方面采用本公开第一方面所述的系统进行管式加热炉的燃气与空气精确控制的方法，该方法包括：

S1、将支线空气测温装置2的设定值t_d、支线燃料气测温装置4的设定值T_d和支线燃料气测压装置5的设定值P_d输入控制单元7；

S2、使空气通过空气支线、燃料气通过燃料气支线分别进入燃烧器6中，直至管式加热炉正常运行时，使所述控制单元7接收支线空气测温装置2测得的实际空气温度值t_m、支线空气流量调节阀1测得的实际空气流量值q_m、支线燃料气流量调节阀3测得的实际燃料气流量值Q_m、支线燃料气测温装置4测得的实际燃料气温度值T_m以及支线燃料气测压装置5测得的实际燃料气压力值P_m；

S3、根据式1计算出支线空气流量调节阀1的计算流量值q_c，单位kg/h；

当支线空气流量调节阀1的计算流量值q_c与实际空气流量值q_m之间的关系满足q_m大于(1+a)×q_c或q_m小于(1-a)×q_c时，所述控制单元7调节所述支线空气流量调节阀1的开度；其中，a为0.001～0.1，优选为0.01；

S4、根据式2计算出支线燃料气流量调节阀3的计算流量值，单位kg/h；

当支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_c与实际燃料气流量值Q_m之间的满足Q_m大于(1+b)×Q_c或Q_m小于(1-b)×Q_c时，所述控制单元7控制所述支线燃料气流量调节阀3的开度；其中，b为0.0001～0.1，优选为0.002。

本公开通过考虑实际使用的燃料气的温度、压力与设计值的差异，同时考虑实际使用的空气的温度与设计值的差异，保证实际燃料燃烧释放的热量与工艺要求一致，精确计算出实际使用的燃料气流量和实际使用的空气量。通过控制单元自动向各个调节阀发出指令，根据精确计算出的实际使用的空气流量和实际使用的燃料气流量，能够均匀调节空气量和燃料气量，进而使燃烧器处的热量分布均匀，有效避免局部超温损伤炉管的问题。并且，通过精确计算实际使用的空气量和实际使用的燃料气量，能够在避免因空气量过大带走大量热量的同时，使燃料最大程度的充分燃烧，进而能够提升燃料利用率低。另外，与现有手动调节费时费力相比，本发明通过控制单元自动向调节阀发出指令以实现自动调节的目的，能够缩短调节时间和提升调节准确度，进而能够解决手动调节费时费力的问题。

一种实施方式中，当所述支线空气流量调节阀1的计算流量值q_c与实际流量值q_m之间的关系满足q_m在(1+a)×q_c和(1-a)×q_c之间时，控制单元7不对支线空气流量调节阀1做任何指令；当所述支线空气流量调节阀1的计算流量值q_c与实际流量值q_m之间的关系为q_m小于(1-a)×q_c时，所述控制单元7控制所述支线空气流量调节阀1增大开度，直至支线空气流量调节阀1的计算流量值q_c与实际流量值q_m之间的关系满足q_m在(1+a)×q_c和(1-a)×q_c之间；当所述支线空气流量调节阀1的计算流量值q_c与实际流量值q_m之间的关系为q_m大于(1+a)×q_c时，所述控制单元7控制所述支线空气流量调节阀1减小开度，直至支线空气流量调节阀1的计算流量值q_c与实际流量值q_m之间的关系满足q_m在(1+a)×q_c和(1-a)×q_c之间。

一种实施方式中，当支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_c与实际流量值Q_m之间的关系满足Q_m在(1+b)×Q_c和(1-b)×Q_c之间时，控制单元7不对支线燃料气流量调节阀3做任何指令；当支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_c与实际流量值Q_m之间的关系为Q_m小于(1-b)×Q_c时，所述控制单元7控制所述支线燃料气流量调节阀3增大开度，直至所述支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_c与实际流量值Q_m之间的关系满足Q_m在(1+b)×Q_c和(1-b)×Q_c之间；当支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_c与实际流量值Q_m之间的关系为Q_m大于(1+b)×Q_c时，所述控制单元7控制所述支线燃料气流量调节阀3减小开度，直至所述支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_c与实际流量值Q_m之间的关系满足Q_m在(1+b)×Q_c和(1-b)×Q_c之间。

本公开的方法所采用的系统中含有n个燃烧器，所述燃烧器6的个数N为2个以上；每个所述燃烧器6的燃料气入口分别通过燃料气支线与所述燃料气进料总线的出口连通；每个所述燃烧器6的空气入口分别通过空气支线与所述空气进料总线的出口连通；每条所述燃料气支线上均设有支线燃料气流量调节阀3、支线燃料气测温装置4以及支线燃料气测压装置5；每条所述空气支线上均设有支线空气流量调节阀1以及支线空气测温装置2。

一种实施方式中，该方法还包括，使控制单元7记录将每条所述空气支线的支线空气测温装置2的设定值、每条所述燃料气支线的支线燃料气测温装置4的设定值以及每个支线燃料气测压装置5的设定值；其中，第n条所述空气支线的支线空气测温装置2的设定值为t_dn、第n条所述燃料气支线的支线燃料气测温装置4的设定值为T_dn、第n个支线燃料气测压装置5的设定值为P_dn。

一种实施方式中，在管式加热炉正常运行时，使所述控制单元7测量每条空气支线上的实际温度值以及实际流量值、每条燃料气支线上的实际流量值、实际温度值以及实际压力值；其中，第n条空气支线上的实际温度值为t_mn、实际流量值q_mn；第n条燃料气支线上的实际流量值为Q_mn、实际温度值为T_mn以及实际压力值为P_mn。

一种实施方式中，下角标n为正整数，且同时满足1≤n≤N。

在上述实施方式中，控制单元7将每条空气支线上的实际流量值与设定流量值进行比较、每条燃料气支线上的实际流量与设定流量进行比较后给出指令。

一种实施方式中，根据式3计算出第n条所述空气支线的支线空气流量调节阀1的计算流量值q_cn，单位kg/h；

根据式4计算出第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_cn，单位kg/h；

一种实施方式中，当第n条空气支线的支线空气流量调节阀1的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系满足q_mn大于(1+a)×q_cn或q_mn小于(1-a)×q_cn时，所述控制单元7调节第n条所述空气支线上的支线空气流量调节阀1的开度。

在该实施方式中，当第n条所述空气支线中的所述支线空气流量调节阀1的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系满足q_mn在(1+a)×q_cn和(1-a)×q_cn之间时，控制单元7不对支线空气流量调节阀1做任何指令；当第n条所述空气支线的所述支线空气流量调节阀1的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系为q_mn小于(1-a)×q_cn时，所述控制单元7增大第n条所述空气支线的支线空气流量调节阀1的开度，直至第n条所述空气支线的支线空气流量调节阀1的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系满足q_mn在(1+a)×q_cn和(1-a)×q_cn之间；当第n条所述空气支线的所述支线空气流量调节阀1的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系为q_mn大于(1+a)×q_cn时，所述控制单元7减小第n条所述空气支线的所述支线空气流量调节阀1的开度，直至第n条所述空气支线的支线空气流量调节阀1的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系满足q_mn在(1+a)×q_cn和(1-a)×q_cn之间。

一种实施方式中，当第n条燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系满足Q_mn大于(1+b)×Q_cn或Q_mn小于(1-b)×Q_cn时，所述控制单元7调节第n条所述燃料气支线所述支线燃料气流量调节阀3的开度。

在该实施方式中，当第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系满足Q_mn在(1+b)×Q_cn和(1-b)×Q_cn之间时，控制单元7不对第n条燃烧器6对应的支线燃料气流量调节阀3做任何指令；当第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系为Q_mn小于(1-b)×Q_cn时，所述控制单元7增大第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的开度，直至第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系满足Q_mn在(1+b)×Q_cn和(1-b)×Q_cn之间；当第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系为Q_mn大于(1+b)×Q_cn时，所述控制单元7减小第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的开度，直至第n条所述燃料气支线的所述支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系满足Q_mn在(1+b)×Q_cn和(1-b)×Q_cn之间。

下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。

实施例1

实施例中采用图1所示的系统对管式加热炉进行燃气与空气精确控制的方法：

本公开使用的管式加热炉中的燃烧器6个数N为4个。

S1、将每条空气支线的支线空气测温装置2的设定值、每条燃料气支线的支线燃料气测温装置4的设定值以及每个支线燃料气测压装置5的设定值输入控制单元7中；其中，第n条空气支线的支线空气测温装置2的设定值为t_dn、第n条燃料气支线的支线燃料气测温装置4的设定值为T_dn、第n个支线燃料气测压装置5的设定值为P_dn；

S2、在管式加热炉正常运行时，使控制单元7测量每条空气支线上的实际温度值以及实际流量值、每条燃料气支线上的实际流量值、实际温度值以及实际压力值；其中，第n条空气支线上的实际温度值为t_mn、实际流量值q_mn；第n条燃料气支线上的实际流量值为Q_mn、实际温度值为T_mn以及实际压力值为P_mn；

S3、根据式3计算出第n条空气支线的支线空气流量调节阀1的计算流量值q_cn，单位kg/h；

当第n条空气支线中的支线空气流量调节阀1的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系满足q_mn在(1+a)×q_cn和(1-a)×q_cn之间时，控制单元7不对支线空气流量调节阀1做任何指令；当第n条空气支线的支线空气流量调节阀1的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系为q_mn小于(1-a)×q_cn时，控制单元7增大第n条空气支线的支线空气流量调节阀1的开度，直至第n条空气支线的支线空气流量调节阀1的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系满足q_mn在(1+a)×q_cn和(1-a)×q_cn之间；当第n条空气支线的支线空气流量调节阀1的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系为q_mn大于(1+a)×q_cn时，控制单元7减小第n条空气支线的支线空气流量调节阀1的开度，直至第n条空气支线的支线空气流量调节阀1的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系满足q_mn在(1+a)×q_cn和(1-a)×q_cn之间；其中，a为0.01。

S4、根据式4计算出每条燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_cn，单位kg/h；

当第n条燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系满足Q_mn在(1+b)×Q_cn和(1-b)×Q_cn之间时，控制单元7不对第n条燃烧器6对应的支线燃料气流量调节阀3做任何指令；当第n条燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系为Q_mn小于(1-b)×Q_cn时，控制单元7增大第n条燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的开度，直至第n条燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系满足Q_mn在(1+b)×Q_cn和(1-b)×Q_cn之间；当第n条燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系为Q_mn大于(1+b)×Q_cn时，控制单元7减小第n条燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的开度，直至第n条燃料气支线的支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系满足Q_mn在(1+b)×Q_cn和(1-b)×Q_cn之间，其中，e为0.998，f为1.002。

每条燃料气支线中的实际流量与支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_cn的偏差在0.5％以内；每条空气支线中的实际流量与支线空气流量调节阀1的计算流量值q_cn的偏差在1％以内。

对比例1

对比例中采用的系统不设控制单元，具体方法同实施例1，区别在于，所有需自动控制单元控制的操作均换为人工操作。

每条燃料气支线中的实际流量与支线燃料气流量调节阀3的计算流量值Q_cn的偏差在2％以上；每条空气支线中的实际流量与支线空气流量调节阀1的计算流量值q_cn的偏差在5％以上。

根据实施例1和对比例1进行比较可知，采用本公开的方法能够精确计算出实际使用的燃料气流量和实际使用的空气量，进而能够均匀调节空气量和燃料气量的，使各个燃烧器处的热量分布均匀，避免局部超温损伤炉管的问题。同时，采用本公开设计的系统，能够使燃料最大程度的充分燃烧，提升燃料利用率，具体的，本公开的方法与现有技术相比，燃烧产物中的CO含量降低20％以上，燃料充分燃烧的程度有明显提升。另外，通过控制单元向自动控制阀发出指令实现自动调节，能够缩短调节时间，提升调节准确度。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种管式加热炉的燃气与空气精确控制的系统，其特征在于，该系统包括加热炉炉体(8)、控制单元(7)、多个燃烧器(6)、燃料气进料总线和空气进料总线；

所述燃烧器(6)包括燃料气入口、空气入口和燃烧器出口；

所述燃料气进料总线的入口用于与燃料气源连通；每个所述燃烧器(6)的燃料气入口通过燃料气支线与所述燃料气进料总线的出口连通；所述空气进料总线的入口用于与空气源连通；每个所述燃烧器(6)的空气入口通过空气支线与所述空气进料总线的出口连通；

所述燃料气进料总线上设有燃料气总线流量计(12)，所述空气进料总线上设有空气总线流量计(13)；所述燃料气支线上设有支线燃料气流量调节阀(3)、支线燃料气测温装置(4)和支线燃料气测压装置(5)；所述空气支线上设有支线空气流量调节阀(1)和支线空气测温装置(2)；

所述支线燃料气流量调节阀(3)、所述支线燃料气测温装置(4)、所述支线燃料气测压装置(5)、所述支线空气流量调节阀(1)和支线空气测温装置(2)分别与所述控制单元(7)信号连接；

所述控制单元(7)用于：

接收所述支线空气流量调节阀(1)的实际空气流量信号和支线空气测温装置(2)的实际空气温度信号，并控制所述支线空气流量调节阀(1)的开度，以及，

接收实际燃料气温度信号，并控制所述支线燃料气流量调节阀(3)的开度。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加热炉炉体包括自上而下依次连通的烟囱、炉体对流段和炉体辐射段；所述加热炉炉体内设有加热盘管，所述加热管盘绕设置于所述炉体对流段和所述炉体辐射段内；

所述燃烧器(6)嵌设在所述加热炉炉体(8)的下部。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃烧器(6)的个数N为2个以上；

所述支线空气测温装置(2)位于支线空气流量调节阀(1)的下游；

所述支线燃料气测温装置(4)和支线燃料气测压装置(5)位于支线燃料气流量调节阀(3)的下游。

4.一种采用权利要求1～3中任意一项所述的系统进行管式加热炉的燃气与空气精确控制的方法，其特征在于，该方法包括：

S1、将支线空气测温装置(2)的设定值t_d、支线燃料气测温装置(4)的设定值T_d和支线燃料气测压装置(5)的设定值P_d输入控制单元(7)；

S2、使空气通过空气支线、燃料气通过燃料气支线分别进入燃烧器(6)中，直至管式加热炉正常运行时，使所述控制单元(7)接收支线空气测温装置(2)测得的实际空气温度值t_m、支线空气流量调节阀(1)测得的实际空气流量值q_m、支线燃料气流量调节阀(3)测得的实际燃料气流量值Q_m、支线燃料气测温装置(4)测得的实际燃料气温度值T_m以及支线燃料气测压装置(5)测得的实际燃料气压力值P_m；

S3、根据式1计算出支线空气流量调节阀(1)的计算流量值q_c，单位kg/h；

当支线空气流量调节阀(1)的计算流量值q_c与实际空气流量值q_m之间的关系满足q_m大于(1+a)×q_c或q_m小于(1-a)×q_c时，所述控制单元(7)调节所述支线空气流量调节阀(1)的开度；其中，a为0.001～0.1，优选为0.01；

S4、根据式2计算出支线燃料气流量调节阀(3)的计算流量值，单位kg/h；

当支线燃料气流量调节阀(3)的计算流量值Q_c与实际燃料气流量值Q_m之间的满足Q_m大于(1+b)×Q_c或Q_m小于(1-b)×Q_c时，所述控制单元(7)控制所述支线燃料气流量调节阀(3)的开度；其中，b为0.0001～0.1，优选为0.002。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述支线空气流量调节阀(1)的计算流量值q_c与实际流量值q_m之间的关系为q_m小于(1-a)×q_c时，所述控制单元(7)控制所述支线空气流量调节阀(1)增大开度，直至支线空气流量调节阀(1)的计算流量值q_c与实际流量值q_m之间的关系满足q_m在(1+a)×q_c和(1-a)×q_c之间；

当所述支线空气流量调节阀(1)的计算流量值q_c与实际流量值q_m之间的关系为q_m大于(1+a)×q_c时，所述控制单元(7)控制所述支线空气流量调节阀(1)减小开度，直至支线空气流量调节阀(1)的计算流量值q_c与实际流量值q_m之间的关系满足q_m在(1+a)×q_c和(1-a)×q_c之间。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当支线燃料气流量调节阀(3)的计算流量值Q_c与实际流量值Q_m之间的关系为Q_m小于(1-b)×Q_c时，所述控制单元(7)控制所述支线燃料气流量调节阀(3)增大开度，直至所述支线燃料气流量调节阀(3)的计算流量值Q_c与实际流量值Q_m之间的关系满足Q_m在(1+b)×Q_c和(1-b)×Q_c之间；

当支线燃料气流量调节阀(3)的计算流量值Q_c与实际流量值Q_m之间的关系为Q_m大于(1+b)×Q_c时，所述控制单元(7)控制所述支线燃料气流量调节阀(3)减小开度，直至所述支线燃料气流量调节阀(3)的计算流量值Q_c与实际流量值Q_m之间的关系满足Q_m在(1+b)×Q_c和(1-b)×Q_c之间。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述燃烧器(6)的个数为N为2个以上；

每个所述燃烧器(6)的燃料气入口分别通过燃料气支线与所述燃料气进料总线的出口连通；每个所述燃烧器(6)的空气入口分别通过空气支线与所述空气进料总线的出口连通；

每条所述燃料气支线上均设有支线燃料气流量调节阀(3)、支线燃料气测温装置(4)以及支线燃料气测压装置(5)；每条所述空气支线上均设有支线空气流量调节阀(1)以及支线空气测温装置(2)；

该方法还包括，将每条所述空气支线的支线空气测温装置(2)的设定值、每条所述燃料气支线的支线燃料气测温装置(4)的设定值以及每个支线燃料气测压装置(5)的设定值输入控制单元(7)中；其中，第n条所述空气支线的支线空气测温装置(2)的设定值为t_dn、第n条所述燃料气支线的支线燃料气测温装置(4)的设定值为T_dn、第n个支线燃料气测压装置(5)的设定值为P_dn；n为1至N中的任意整数；

在管式加热炉正常运行时，使所述控制单元(7)测量每条空气支线上的实际温度值以及实际流量值、每条燃料气支线上的实际流量值、实际温度值以及实际压力值；其中，第n条空气支线上的实际温度值为t_mn、实际流量值q_mn；第n条燃料气支线上的实际流量值为Q_mn、实际温度值为T_mn以及实际压力值为P_mn。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据式3计算出第n条所述空气支线的支线空气流量调节阀(1)的计算流量值q_cn，单位kg/h；

当第n条空气支线的支线空气流量调节阀(1)的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系满足q_mn大于(1+a)×q_cn或q_mn小于(1-a)×q_cn时，所述控制单元(7)调节第n条所述空气支线上的支线空气流量调节阀(1)的开度；

根据式4计算出第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀(3)的计算流量值Q_cn，单位kg/h；

当第n条燃料气支线的支线燃料气流量调节阀(3)的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系满足Q_mn大于(1+b)×Q_cn或Q_mn小于(1-b)×Q_cn时，所述控制单元(7)调节第n条所述燃料气支线所述支线燃料气流量调节阀(3)的开度。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当第n条所述空气支线的所述支线空气流量调节阀(1)的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系为q_mn小于(1-a)×q_cn时，所述控制单元(7)增大第n条所述空气支线的支线空气流量调节阀(1)的开度，直至第n条所述空气支线的支线空气流量调节阀(1)的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系满足q_mn在(1+a)×q_cn和(1-a)×q_cn之间；

当第n条所述空气支线的所述支线空气流量调节阀(1)的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系为q_mn大于(1+a)×q_cn时，所述控制单元(7)减小第n条所述空气支线的所述支线空气流量调节阀(1)的开度，直至第n条所述空气支线的支线空气流量调节阀(1)的计算流量值q_cn与实际流量值q_mn之间的关系满足q_mn在(1+a)×q_cn和(1-a)×q_cn之间。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀(3)的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系为Q_mn小于(1-b)×Q_cn时，所述控制单元(7)增大第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀(3)的开度，直至第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀(3)的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系满足Q_mn在(1+b)×Q_cn和(1-b)×Q_cn之间；

当第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀(3)的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系为Q_mn大于(1+b)×Q_cn时，所述控制单元(7)减小第n条所述燃料气支线的支线燃料气流量调节阀(3)开度，直至第n条所述燃料气支线的所述支线燃料气流量调节阀(3)的计算流量值Q_cn与实际流量值Q_mn之间的关系满足Q_mn在(1+b)×Q_cn和(1-b)×Q_cn之间。