操作炉的方法技术

一种操作具有加工处理管和多个燃烧器的炉的方法，其中希望使加工处理管的温度符合选定的目标温度标准。本方法提供了一种系统的和定量的方法来确定如何调节燃烧器流速以产生期望的管壁温度，例如，使用目标函数来降低与所述多个加工处理管相关的温度超过它们选择的极限温度的可能性。目标函数也可用于减少炉内过量的氧化剂需求。

Method of operating furnace

A method of operating a furnace with a processing tube and multiple burners, in which the temperature of the processing tube is expected to conform to the selected target temperature standard. This method provides a systematic and quantitative method to determine how to adjust the burner flow rate to generate the desired wall temperature. For example, the objective function is used to reduce the possibility that the temperature associated with the plurality of processing tubes exceeds their chosen limit temperature. The objective function can also be used to reduce the excessive oxidant demand in the furnace.

【技术实现步骤摘要】
操作炉的方法相关申请的交叉引用本专利申请要求于2017年6月29日提交的、标题为“操作炉的方法”的美国临时申请Ser.No.62/526,442的优先权，其内容通过引用并入本文。
技术介绍
本公开涉及具有多个燃烧器的炉并且包含多个加工处理管的操作。特别地，本公开涉及具有多个燃烧器的炉的操作，并且包含具有提高的可靠性和效率的多个加工处理管。蒸汽碳氢化合物(蒸汽甲烷)重整器是含有大量加工处理管(包括400多个反应管配置)的炉，每个管含有用于输送工艺流体(例如蒸汽和烃)的催化剂(例如重整催化剂)。例如，炉可以包括垂直延伸的加工处理管，该加工处理管以平行的行排列，每行约30-60个管。两排管之间的距离约为2至3米。管子可以垂直延伸大约12米，外径为100至150毫米。这些管可以以250到500mm的中心到中心间距排列。每组两排管之间可以放置大约10到20台燃烧器。在炉中可以包括总计八排或更多排的管子和九排或更多排的燃烧器。一般来说，工业过程的能源效率变得越来越重要。对于诸如氢气生产等许多过程，过程的效率与监测和调节某些温度的能力有关。测量重整炉中重整炉管的温度可能会带来一些挑战。例如，当在重整器管上的特定位置测量温度时，在重整器管的特定位置进行测量时的不一致性会导致测量结果具有较大的不确定性。通过允许更精确的数据用于过程控制，更精确地监测重整器管上特定位置处的温度可允许提高能量效率。炉管温度可会随着长度的变化而变化。随着工艺流从炉中拾取热量，管道可能在工艺流程方向变热。即使炉内加热，加工处理管也会因吸热反应而冷却。这种轴向变化是该过程的一部分。传统的炉膛控制方法需要测量温度。这可以是管壁温度、过程气体温度或燃烧气体温度(或某种组合)。在传统的熔炉控制方法中，调整燃料(或在某些情况下为氧化剂或惰性气体)的整体流量以控制温度描述于U.S.Pat.Publ.US2007/0104641。也可以进行调整以控制轴向温度分布。从一个管到另一个管的管温度也可能不同。如果存在轴向变化，则需要比较相同轴向位置处的管以确定管与管之间的可变性。减少管间变异性或控制变异性可能具有操作上的益处。这里描述的方法旨在解决管到管变化或炉平衡的问题。除了调整燃料(或其他流)的总体流量以控制温度的传统控制方法之外，这还被完成。在加工处理管和多个燃烧器加热加工处理管的炉中调节温度也会带来一些挑战。所述多个燃烧器的火焰加热与温度测量的不确定性的复杂相互作用迄今为止效率收益有限。考虑到加工处理管全长的温度信息增加了复杂性。提高重整炉效率的一种方法是保持炉内不同高度的加工处理管之间的温度均匀性。因此，可能需要测量或监测每个加工处理管在一个或多个预定位置或高度处的温度，以获得期望的效率改善。另外，炉的加工处理管可以承受非常高的内部压力(高达约50个大气压)和非常高的温度(高达约950℃)。因此，温度的轻微变化会缩短反应管的使用寿命。例如，在比管的设计温度高约10℃的温度下操作可以将管的使用寿命缩短多达一半。由于在管中使用特殊合金以使管能够经受炉的操作条件，所以修理和/或更换管的成本可能很高。因此，炉操作员还测量/监控管子温度，以避免超过管子设计温度，并试图提高效率。有效的温度监测有助于确保管道在温度设计限制下工作，从而提高炉的可靠性。工业希望在加热处理管的各个高度处操作含加工处理管的加热炉，且加热处理管的温度极限不超过设计温度极限。工业希望操作加热处理管中加热处理管的炉，使加热处理管内各个高度处的温度均匀。炉效率还取决于用于燃烧炉中燃料的过量氧化剂(空气)的量。提供过量的氧化剂以确保燃料完全燃烧。当提供过量的过量氧化剂时，炉效率降低。工业希望通过减少过量的氧化剂需求来提高炉的效率。专利技术概述本专利技术涉及一种操作具有多个燃烧器的炉的方法，所述多个燃烧器的每一个具有与之关联的流速，所述炉包含多个加工处理管。该方法包括：(a)选择与所述多个加工处理管有关的目标温度标准，其中，所述目标温度标准包括第一目标函数，其中所述第一目标函数包括与所述多个加工处理管有关的温度超过相应极限温度的计算概率；(b)测量第一温度信息，所述第一温度信息包括在第一操作条件下针对所述多个加工处理管中的每一个的数据，其中，所述多个加工处理管的第一温度信息通过以下方式测量：捕获重整炉的内部区域的第一多个图像，所述第一多个图像的至少一些图像与所述重整炉的内部区域的不同部分相关联，其中，所述第一多个图像的每个图像包括与所述多个加工处理管的一部分相关的第一像素数据；和处理所述第一像素数据的一部分以获得针对所述多个加工处理管的第一温度信息；(c)提供表征所述多个燃烧器中的两个或更多个的燃烧器流速变化与所述多个加工处理管的至少一部分的单独温度变化之间的关系的数学函数的估计值；(d)使用所述数学函数的估计和针对所述多个加工处理管的第一温度信息，和将所述多个加工处理管的温度符合所述多个加工处理管的目标温度标准一致来计算具有所述多个燃烧器中的两个或更多个的解决方案的第一目标流速解决方案集；和(e)调节所述多个燃烧器中的两个或更多个中的至少一个的上游的第一阀，以根据所述第一目标流速解决方案集改变所述多个燃烧器中的两个或更多个的流速中的至少一个，其中所述第一阀不在所述炉的所有燃烧器的上游。数学函数的估计可以表示为其中ΔT表示所述多个加工处理管的至少一部分的单独温度变化，Δu表示所述多个燃烧器中两个或多个的燃烧器流速变化，是增益矩阵。数学函数描述了管壁温度变化与阀门位置变化之间的关系，该阀门位置的变化控制燃烧器流向单个燃烧器I。可以是具有N燃烧器列和Ntube×Nsegment行的矩阵，其中Ntube是炉中管的数量，Nsegment是每个管的段数。矩阵元素g(j，k)，I可以使用公式计算：其中功能元件g(j，k)，I是与燃烧器I中的燃料流和反应器管j段k相关的阀位置(以℃/阀门开启百分比测量)的变化的收益。zj，k是管j从管顶部起的管段k的高度，zf是火焰的长度。参数α1，α2，α3，和α4关联燃烧器流速和反应器管温度之间的关系。在该方法中，针对所述多个加工处理管的第一温度信息可以通过以下方式测量：捕获重整炉的内部区域的第一多个图像，第一多个图像的至少一些图像与重整炉的内部区域的不同部分相关联，其中，第一多个图像的每个图像包括与所述多个加工处理管的相应部分相关联的第一像素数据；以及处理第一像素数据的一部分以获得针对所述多个加工处理管的第一温度信息计算的与所述多个加工处理管相关的温度超过相应极限温度的概率由第一温度信息决定。计算的与所述多个加工处理管相关的温度超过相应极限温度的概率可以从加权平均值(例如，平均值、中值和/或模式)和从第一温度信息计算的方差来确定。目标温度标准可以包括多个目标函数。所述多个目标函数可以包括第一目标函数，该第一目标函数包括计算的概率，其中所述多个加工处理管的温度超过相应极限温度和不包括计算概率的第二目标函数。极限温度可能与选定的加工处理管设计温度极限有关。第一目标函数可包括计算的概率，其中与所述多个加工处理管有关的温度超过选定炉高处的管段的相应极限温度。第一目标函数可以表征超出针对炉内加工处理管选定的高度或长度的管段的极限温度的平均概率。第一目标函数可以表征加工处理管超过针对所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种操作具有多个燃烧器的炉的方法，所述多个燃烧器中的每一个具有与其相关联的流速，所述炉包含多个加工处理管，所述方法包括：(a)选择与所述多个加工处理管有关的目标温度标准，其中，所述目标温度标准包括第一目标函数，其中所述第一目标函数包括与所述多个加工处理管有关的温度超过相应极限温度的计算概率；(b)测量第一温度信息，所述第一温度信息包括在第一操作条件下针对所述多个加工处理管中的每一个的数据，其中，所述多个加工处理管的第一温度信息通过以下方式测量：捕获重整炉的内部区域的第一多个图像，所述第一多个图像的至少一些图像与所述重整炉的内部区域的不同部分相关联，其中，所述第一多个图像的每个图像包括与所述多个加工处理管的一部分相关的第一像素数据；和处理所述第一像素数据的一部分以获得针对所述多个加工处理管的第一温度信息；(c)提供表征所述多个燃烧器中的两个或更多个的燃烧器流速变化与所述多个加工处理管的至少一部分的单独温度变化之间的关系的数学函数的估计值；(d)使用所述数学函数的估计和针对所述多个加工处理管的第一温度信息，和将所述多个加工处理管的温度符合所述多个加工处理管的目标温度标准一致来计算具有所述多个燃烧器中的两个或更多个的解决方案的第一目标流速解决方案集；和(e)调节所述多个燃烧器中的两个或更多个中的至少一个的上游的第一阀，以根据所述第一目标流速解决方案集改变所述多个燃烧器中的两个或更多个的流速中的至少一个，其中所述第一阀不在所述炉的所有燃烧器的上游。...

【技术特征摘要】
2017.06.29 US 62/526442;2018.04.25 US 15/9624801.一种操作具有多个燃烧器的炉的方法，所述多个燃烧器中的每一个具有与其相关联的流速，所述炉包含多个加工处理管，所述方法包括：(a)选择与所述多个加工处理管有关的目标温度标准，其中，所述目标温度标准包括第一目标函数，其中所述第一目标函数包括与所述多个加工处理管有关的温度超过相应极限温度的计算概率；(b)测量第一温度信息，所述第一温度信息包括在第一操作条件下针对所述多个加工处理管中的每一个的数据，其中，所述多个加工处理管的第一温度信息通过以下方式测量：捕获重整炉的内部区域的第一多个图像，所述第一多个图像的至少一些图像与所述重整炉的内部区域的不同部分相关联，其中，所述第一多个图像的每个图像包括与所述多个加工处理管的一部分相关的第一像素数据；和处理所述第一像素数据的一部分以获得针对所述多个加工处理管的第一温度信息；(c)提供表征所述多个燃烧器中的两个或更多个的燃烧器流速变化与所述多个加工处理管的至少一部分的单独温度变化之间的关系的数学函数的估计值；(d)使用所述数学函数的估计和针对所述多个加工处理管的第一温度信息，和将所述多个加工处理管的温度符合所述多个加工处理管的目标温度标准一致来计算具有所述多个燃烧器中的两个或更多个的解决方案的第一目标流速解决方案集；和(e)调节所述多个燃烧器中的两个或更多个中的至少一个的上游的第一阀，以根据所述第一目标流速解决方案集改变所述多个燃烧器中的两个或更多个的流速中的至少一个，其中所述第一阀不在所述炉的所有燃烧器的上游。2.根据权利要求1所述的方法，其中计算的与所述多个加工处理管相关的温度超过相应极限温度的概率由所述第一温度信息确定。3.根据权利要求2所述的方法，其中计算的与所述多个加工处理管相关的温度超过相应极限温度的概率由加权平均值(例如，平均值、中值和/或模式)和从所述第一温度信息计算的方差确定。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一目标函数包括所述多个加工处理管的温度超过相应极限温度的计算概率的总和、最大和/或加权平均值中的至少一个。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一目标函数表征以下一个或多个：(i)针对炉内加工处理管选定的高度或长度的管段，超过极限温度的平均概率；(ii)针对所述加工处理管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A埃斯麦利，H李，MJ拉布达，JD伊索姆，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：美国,US