交叉限幅控制原理与应用

摘要 交叉限幅控制是比较先进的加热炉温度控制弥补了一般的比值控制的不足，从燃料、出口温度、空气三方面考虑，保证了燃料的充分燃烧也保证了空气的不过量，有效的提高了燃料气的利用率。在实际的使用中还可以根据不同燃料气人为设定空燃比，从而使交叉限幅控制可以满足不同燃料气的加热炉温度控制，实现同一温度控制系统适应不同燃料气需求。

关键词 比值控制；交叉限幅；空燃比

中图分类号TF5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）46-0136-01

0引言

炼化行业的控制技术在不断的发展和更新中，交叉限幅就是最近几年发展并迅速应用于现实的一种加热炉控制的方案。在以往的控制中加热炉的控制使用单一的比值控制或使用串级控制，达不到总体控制的要求，在装置生产中增加了操作的难度，交叉限幅的使用减轻了人工操作的难度，通过自动控制提高了加热炉的使用效率。

1 燃烧控制理论

燃烧控制是加热炉最重要的控制系统。燃烧产生的火焰温度可用下列的公式表达：

T=（HF+CFTF+KA/FCAT入）/（CF+KA/FCA）

式中：T-火焰温度；HF-燃料热值；CA-空气比热；CF-燃料比热；T入-空气入口温度；

TF-燃料入口温度；KA/F-空燃比

当燃料过量，多余的燃料没能完全燃烧产生热量，反而稀释了燃料与空气混合物的浓度，从而使在相同体积下的燃料和空气的混合物燃料过剩的燃烧热量低。

在燃料和空气都不过量的情况下，即达到合适的空燃比，加热温度才能达到最大值，才能保证加热炉的热效率最高。

2 交叉限幅控制的控制要点及控制原理

交叉限幅控制说简单点就是燃料的流量与空气的流量相互影响，相互牵制，最终达到一个平衡点就是合适的空燃比。交叉限幅实际上是一个具有两个并联回路的串级调节系统，炉出口温度作为主回路，燃料气和空气流量回路并联作为副回路。这样达到的目的有：

1）根据实际空气流量，可以通过模块内的“低选器”对燃料流量进行控制；

2）通过实际燃料气流量通过“高选器” 对空气流量进行控制；

这样就构成了“交叉限幅”。交叉限幅控制在系统平稳是静止的，也就是只有燃烧系统的平衡被打破后交叉限幅控制才起作用，在系统平衡时燃料流量控制与空气流量控制是独立的两个控制回路。当燃料流量或空气流量发生变化根据设定好的空燃比的计算来影响另一个的量，最终达到燃烧控制的新的平衡，所以说“交叉限幅”是动态比值调节。

2.1控制示意图如下

2.2 反应进料加热炉控制实现过程

如上图所示当生产过程处于稳定、平衡的时候，温度控制器的输出与燃料量，空气量三者的值处于平衡状态，这时的控制系统处于稳定状态。当温度发生变化，温度控制器的输出产生变化，平衡失效，在控制模块中高选块和低选块的作用下，空气量、燃料量根据新的变化量控制相应的调节阀使温度像设定值靠近，最终达到温度设定值。

假定实际温度高于设定温度，这就要减少燃料气的量使炉温降低，调节过程如下：温控器的SV

当炉出口温度高于温度设定值时，交叉限幅控制系统首先通过“低选器”使燃料气量降低，再根据降低的燃料器的量来相应改变过剩空气量，从而保证燃料气充分燃烧的同时，避免空气过剩带走热量，降低炉子的热效率。

3 交叉限幅控制应用及优点

在大部分的加热炉的控制中使用的一般是单回路或单一的串级回路，虽然也可以起到控制加热炉稳定燃烧的目的但发生波动时进行调节的时间比较长而且浪费燃料。在现在要求低碳经济的情况下是极其不科学的。某厂加氢裂化装置使用的交叉限幅控制不论是平稳运行还是调节过程中表现出了独特的控制功能，在使用过程中既确保了充分燃烧又达到了稳定控制，其表现出一下优点有：

1）可以确保燃烧消耗最佳化；通过降低爆炸的风险使运行条件更安全；

2）燃烧特性调整更快，控制方便，操作简单；

3）可以适应不同燃料气，通过更改空燃比来适应不同的燃料气。

4 结论

本文主要讲解了交叉限幅控制的基本思想和控制要点，针对交叉限幅的控制思想做了阐述。燃烧控制的根本目的是加热物料，使物料达到所需的温度，但要考虑到燃料的充分燃烧和热能的利用率。在现今要求低碳经济的局势下，先进控制理论的使用可以降低能源的消耗和大气的污染，同时减轻了操作人员的负担，使操作更简单，控制更稳定。

参考文献

[1]周贵峰.交叉限幅控制在加热炉中的应用[J].自动化与仪器仪，2008(5)：24-29.

[2]阎鸿，常慧玲.加热炉燃烧控制的新方法[J].山西能源与节能，2000(2).