交叉限幅控制原理與應(yīng)用

孫俊杰，丁 偉

獨山子石化公司煉油廠儀表車間，新疆 克拉瑪依 833600

0 引言

煉化行業(yè)的控制技術(shù)在不斷的發(fā)展和更新中，交叉限幅就是最近幾年發(fā)展并迅速應(yīng)用于現(xiàn)實的一種加熱爐控制的方案。在以往的控制中加熱爐的控制使用單一的比值控制或使用串級控制，達不到總體控制的要求，在裝置生產(chǎn)中增加了操作的難度，交叉限幅的使用減輕了人工操作的難度，通過自動控制提高了加熱爐的使用效率。

1 燃燒控制理論

燃燒控制是加熱爐最重要的控制系統(tǒng)。燃燒產(chǎn)生的火焰溫度可用下列的公式表達：

式中：T-火焰溫度；HF-燃料熱值；CA-空氣比熱；CF-燃料比熱；T入-空氣入口溫度；

TF-燃料入口溫度；KA/F-空燃比

當(dāng)燃料過量，多余的燃料沒能完全燃燒產(chǎn)生熱量，反而稀釋了燃料與空氣混合物的濃度，從而使在相同體積下的燃料和空氣的混合物燃料過剩的燃燒熱量低。

在燃料和空氣都不過量的情況下，即達到合適的空燃比，加熱溫度才能達到最大值，才能保證加熱爐的熱效率最高。

2 交叉限幅控制的控制要點及控制原理

交叉限幅控制說簡單點就是燃料的流量與空氣的流量相互影響，相互牽制，最終達到一個平衡點就是合適的空燃比。交叉限幅實際上是一個具有兩個并聯(lián)回路的串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，爐出口溫度作為主回路，燃料氣和空氣流量回路并聯(lián)作為副回路。這樣達到的目的有：

1）根據(jù)實際空氣流量，可以通過模塊內(nèi)的“低選器”對燃料流量進行控制；

2）通過實際燃料氣流量通過“高選器” 對空氣流量進行控制；

這樣就構(gòu)成了“交叉限幅”。交叉限幅控制在系統(tǒng)平穩(wěn)是靜止的，也就是只有燃燒系統(tǒng)的平衡被打破后交叉限幅控制才起作用，在系統(tǒng)平衡時燃料流量控制與空氣流量控制是獨立的兩個控制回路。當(dāng)燃料流量或空氣流量發(fā)生變化根據(jù)設(shè)定好的空燃比的計算來影響另一個的量，最終達到燃燒控制的新的平衡，所以說“交叉限幅”是動態(tài)比值調(diào)節(jié)。

2.1 控制示意圖如下

2.2 反應(yīng)進料加熱爐控制實現(xiàn)過程

如上圖所示當(dāng)生產(chǎn)過程處于穩(wěn)定、平衡的時候，溫度控制器的輸出與燃料量，空氣量三者的值處于平衡狀態(tài)，這時的控制系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)溫度發(fā)生變化，溫度控制器的輸出產(chǎn)生變化，平衡失效，在控制模塊中高選塊和低選塊的作用下，空氣量、燃料量根據(jù)新的變化量控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥使溫度像設(shè)定值靠近，最終達到溫度設(shè)定值。

假定實際溫度高于設(shè)定溫度，這就要減少燃料氣的量使?fàn)t溫降低，調(diào)節(jié)過程如下：溫控器的SV

當(dāng)爐出口溫度高于溫度設(shè)定值時，交叉限幅控制系統(tǒng)首先通過“低選器”使燃料氣量降低，再根據(jù)降低的燃料器的量來相應(yīng)改變過?？諝饬浚瑥亩ＷC燃料氣充分燃燒的同時，避免空氣過剩帶走熱量，降低爐子的熱效率。

3 交叉限幅控制應(yīng)用及優(yōu)點

在大部分的加熱爐的控制中使用的一般是單回路或單一的串級回路，雖然也可以起到控制加熱爐穩(wěn)定燃燒的目的但發(fā)生波動時進行調(diào)節(jié)的時間比較長而且浪費燃料。在現(xiàn)在要求低碳經(jīng)濟的情況下是極其不科學(xué)的。某廠加氫裂化裝置使用的交叉限幅控制不論是平穩(wěn)運行還是調(diào)節(jié)過程中表現(xiàn)出了獨特的控制功能，在使用過程中既確保了充分燃燒又達到了穩(wěn)定控制，其表現(xiàn)出一下優(yōu)點有：

1）可以確保燃燒消耗最佳化；通過降低爆炸的風(fēng)險使運行條件更安全；

2）燃燒特性調(diào)整更快，控制方便，操作簡單；

3）可以適應(yīng)不同燃料氣，通過更改空燃比來適應(yīng)不同的燃料氣。

4 結(jié)論

本文主要講解了交叉限幅控制的基本思想和控制要點，針對交叉限幅的控制思想做了闡述。燃燒控制的根本目的是加熱物料，使物料達到所需的溫度，但要考慮到燃料的充分燃燒和熱能的利用率。在現(xiàn)今要求低碳經(jīng)濟的局勢下，先進控制理論的使用可以降低能源的消耗和大氣的污染，同時減輕了操作人員的負(fù)擔(dān)，使操作更簡單，控制更穩(wěn)定。

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