一家化工制造企業需要升級其燃燒器管理系統（BMS）和燃燒控制系統，以實現更高效的自動化操作，并減少生產中斷。

2021年，一家全球化的化工公司聯系了Wood工業過程自動化團隊，需要處理一個雙芯平衡吸油式熱油加熱器，該加熱器擾亂了生產目標。由原始設備制造商（OEM）提供的燃燒器管理系統（BMS）和燃燒控制系統需要升級。所提供的控制裝置不允許加熱器自動運行，客戶只能手動操作。因此，這家化工企司面臨著加熱器頻繁停機、無法滿足設計的熱油加熱負荷的問題。

01

設定控制系統升級目標

該項目的進度壓力很大，計劃在項目開始五個月后進行更換，目標如下：

■根據現有的行業最佳實踐標準（如API 556），來評估BMS和燃燒控制的設計；

■評估燃燒控制設計，并根據需要重新設計，以提供穩定、自動的空燃比控制和氧氣調節，從而提供設計熱負荷；

■制定和測試燃燒控制和BMS策略所需的升級或更換；

■在規劃的更換中實施修改后的配置，并調試控制措施；

■提供運行人員和工程師培訓，包括對加熱器的調整。

02

重新設計BMS和燃燒控制裝置

調查顯示空氣/燃料和燃燒速率控制不起作用。燃燒控制必須采用新的方法進行重新設計，就好像設計全新的加熱器一樣。加熱器很復雜，需要在自動和手動功能之間取得微妙的平衡。平衡通風加熱器要求燃燒器自動化，而單獨的空氣調節器必須手動設置。

最初的設計在強制通風和引風風機上使用風門和變頻器控制裝置。這就產生了控制問題，即在試圖精確控制空氣/燃料比例時，兩個基于壓力的回路彼此不一致。這最終會導致加熱器跳閘，從而使客戶只能手動控制風門。

放棄現有的復雜控制設計和配置，轉而使用設計模板參考庫、API 556控制說明和平衡通風的多噴嘴加熱器控制說明。

控制設計工作分為兩種主要的復雜控制策略：（a）風機和通風控制，以及（b）空氣/燃料控制。根據基本的加熱器和燃燒器設計數據，開發了新的控制模式和說明。

空氣/燃料比例對于優化燃燒效率至關重要。空氣過多會導致能量損失；空氣過少會導致不必要的燃料浪費。理想的空氣/燃料比例取決于運行負載和燃燒的燃料類型。為了滿足這些要求，需要：

■根據所提供的加熱器和燃燒器數據表以及燃氣成分數據，對空氣/燃料和點火等級控制進行燃燒工程和建模。

■開發用于空氣/燃料和燃燒速率控制的特性曲線和計算。

03

重新思考控制策略

一旦確定了適當的空氣/燃料比例，就可以制定相應的控制方案，將模型轉化為可用的應用。這并不是一個簡單過程。使用主燃燒空氣和通風控制風門上的非線性增益位置控制策略，將風機速度控制與燃燒空氣和氣流壓力控制解耦。這允許對風機速度的增加和減少進行自動控制。采用超前/滯后控制，其中通風壓力控制和燃燒空氣流量控制起主導作用，以即時控制通風和空氣流量，變頻器則發揮滯后作用。這種控制方案使用初級回路和次級回路有效解耦。

需要對過量空氣、氧氣和一氧化碳進行動態補償控制。通過基于運行中的燃燒器數量和停止維護的燃燒器數量的設定值，自適應實現動態補償。由于通過這些燃燒器流入加熱器的空氣不可用于燃燒，因此必須考慮未點燃的燃燒器，而且要單獨進行補償。

在完成控制方案后，將新應用安裝到實時控制系統上之前，需要驗證新設計是否可行。

考慮到控制策略的復雜性，有必要使用離線工廠驗收測試（FAT）軟件，以在進場前驗證和確認所有特征、計算和控制行為。在計劃的檢修期間安裝新配置文件，實施圖形修改，在加熱器調試之前進行現場驗收測試（SAT）和預調試檢查。

04

化工設施控制系統的安裝

在團隊對加熱器控制功能滿意后，他們將配置轉移到化工廠。加熱器點火，從試點運行開始，一直到低于設計的點火率，最終通過級聯和自動模式下運行的新控制策略來實現設計熱輸出。在分階段預熱和“斜坡和保持”啟動過程期間，進行了微小的調整，在整個電廠重啟和熱需求上升過程中保持級聯控制。

運行人員花了一段時間才相信新的控制方案，因為他們已經習慣了解耦控制和頻繁的控制跳閘。讓運行人員感到驚訝的是，他們現在能夠利用自動控制將加熱器調高到以前無法實現的熱負荷。以前，加熱器從未能夠在級聯和自動控制的情況下運行所有控制。盡管面臨諸多挑戰，該項目還是按計劃成功完成了。

關鍵概念：

■為任何公司重新設計控制系統都是一項挑戰，很多項目使用的通常是過時的技術，盡管仍然可用，但其性能遠未達到最佳水平。

■化工企業需要積極主動地而不是被動地進行維護和自動化維修和升級。

思考一下：

您對燃燒器管理系統做了哪些改進，效果如何？