交叉限幅控制原理與應用

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

煉化行業的控制技術在不斷的發展和更新中，交叉限幅就是最近幾年發展并迅速應用于現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。燃燒產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

當燃料過量，多余的燃料沒能完全燃燒產生熱量，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回路的串級調節系統，爐出口溫度作為主回路，燃料氣和空氣流量回路并聯作為副回路。這樣達到的目的有：

1）根據實際空氣流量，可以通過模塊內的“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；

這樣就構成了“交叉限幅”。交叉限幅控制在系統平穩是靜止的，也就是只有燃燒系統的平衡被打破后交叉限幅控制才起作用，在系統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。當燃料流量或空氣流量發生變化根據設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”是動態比值調節。

2.1 控制示意圖如下

2.2 反應進料加熱爐控制實現過程

如上圖所示當生產過程處于穩定、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，這時的控制系統處于穩定狀態。當溫度發生變化，溫度控制器的輸出產生變化，平衡失效，在控制模塊中高選塊和低選塊的作用下，空氣量、燃料量根據新的變化量控制相應的調節閥使溫度像設定值靠近，最終達到溫度設定值。

假定實際溫度高于設定溫度，這就要減少燃料氣的量使爐溫降低，調節過程如下：溫控器的SV

當爐出口溫度高于溫度設定值時，交叉限幅控制系統首先通過“低選器”使燃料氣量降低，再根據降低的燃料器的量來相應改變過剩空氣量，從而保證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 交叉限幅控制應用及優點

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定燃燒的目的但發生波動時進行調節的時間比較長而且浪費燃料。在現在要求低碳經濟的情況下是極其不科學的。某廠加氫裂化裝置使用的交叉限幅控制不論是平穩運行還是調節過程中表現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定控制，其表現出一下優點有：

1）可以確保燃燒消耗最佳化；通過降低爆炸的風險使運行條件更安全；

2）燃燒特性調整更快，控制方便，操作簡單；

3）可以適應不同燃料氣，通過更改空燃比來適應不同的燃料氣。

4 結論

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。在現今要求低碳經濟的局勢下，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擔，使操作更簡單，控制更穩定。

[1]周貴峰.交叉限幅控制在加熱爐中的應用[J].自動化與儀器儀，2008(5)：24-29.

[2]閻鴻，常慧玲.加熱爐燃燒控制的新方法[J].山西能源與節能，2000(2).