[发明专利]一种管式加热炉及建模方法

说明书

本发明公开了一种管式加热炉及建模方法，炉膛顶部为烟囱，烟囱下方为对流段，烟囱和对流段之间设有烟气挡板，对流段下方为辐射段，炉膛底部连接燃烧器和吹风装置，燃烧器连接燃料调节阀，燃料调节阀调节燃料气量，吹风装置连接蒸汽吹扫阀，煤油的吸热过程是煤油自对流段进入加热炉，经对流段吸热，再经炉膛的辐射段吸热后出加热炉，对炉体各部分进行数据采集后建模计算。本发明的有益效果是采用计算机进行加热炉工作过程的建模，配有外部的输入和输出接口，成本低，灵活性强。

技术领域

本发明属于加热炉技术领域，涉及管式加热炉及建模仿真方法。

背景技术

现有的加热炉仿真装置有两种类型，基于全软件的仿真装置和半实物的仿真装置。全软件的加热炉仿真装置是由东方仿真开发的，仅有加热炉模型，没有外部输入和输出接口，无法和其它控制装置配合使用，灵活性差。半实物的仿真装置是由北京化工大学化工行业系统仿真工程技术中心生产的SMPT1000半实物仿真设备，有相应的外部输入和输出接口，但由于是半模拟的仿真装置，有实际的小型工艺装置，包括加热炉等多个装置，占地面积大，价格昂贵，高达近40万，移动不方便，难以普及使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管式加热炉及建模方法，本发明的有益效果是采用计算机进行加热炉工作过程的建模，配有外部的输入和输出接口，成本低，灵活性强。

本发明所采用的技术方案是包括炉膛，炉膛顶部为烟囱，烟囱下方为对流段，烟囱和对流段之间设有烟气挡板，对流段下方为辐射段，炉膛底部连接燃烧器和吹风装置，燃烧器连接燃料调节阀，燃料调节阀调节燃料气量，吹风装置连接蒸汽吹扫阀，煤油的吸热过程是煤油自对流段进入加热炉，经对流段吸热，再经炉膛的辐射段吸热后出加热炉。

管式加热炉的建模方法：

(1)加热炉相关数据

所述管式加热炉的炉体和烟囱总高15米，被加热物料为煤油，煤油入口温度为240℃，燃料气各组分体积百分比为：CH4 34.5％，C2H6 11.3％，C3H8 6.6％，C4H10 4.9％，C5H10 0.7％，H2 38.2％，N2 3.8％；

炉子稳态热效率为85.5％，空燃比为1.17；

加热炉稳态数据包括：

煤油对流段出口温度为260℃，出口温度为300℃；

燃料的稳态流量为92.58kg/h；

煤油稳态流量为30t/h；

烟气的燃烧温度为1725℃，烟气进入对流室的温度为530℃，烟气出对流室温度为313℃，炉管表面温度为340℃；

(2)加热炉机理建模

燃料燃烧总放热分为两部分，一部分是炉内放热，占总热量的85.5％；一部分是由烟气排出，占总热量的14.5％，炉内放热又分为辐射段放热和对流段放热，而煤油吸热包括辐射段吸热和对流段吸热，将加热炉的数学模型分为三部分，分别是燃料燃烧放热、辐射段热交换和对流段热交换；

1)燃料燃烧放热

燃料气燃烧放出总热量为

Q_gtotal＝F_mf·Q_l

Q_gtotal为燃料燃烧放热，F_mf为燃料流量，Q_l燃料气低发热值；

2)辐射段热交换

烟气的辐射段放热为