專利名稱：操作爐的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及操作具有多個燃燒器的爐的方法，多個燃燒器中的每個具有與之相關 的流率，該爐包含多個過程管。該方法包括(a)選擇多個過程管的目標溫度標準；(b)在第一操作條件下測量第一溫度信息，第一溫度信息包括多個過程管中每個 的數(shù)據(jù)；(c)提供數(shù)學函數(shù)的估計，該數(shù)學函數(shù)表征多個燃燒器中兩個或更多個的燃燒器 流率變化與多個過程管的至少一部分的個別溫度變化之間的關系；(d)使用數(shù)學函數(shù)的估計和多個過程管的第一溫度信息來計算第一目標流率解集 (solution set)，第一目標流率解集具有多個燃燒器中兩個或更多個的解，這些解與使多 個過程管的溫度符合多個過程管的目標溫度標準相一致；以及(e)根據(jù)第一目標流率解集調整多個燃燒器中兩個或更多個中至少一個上游的第 一閥以改變多個燃燒器中兩個或更多個的流率中至少一個，其中第一閥并不在爐的所有燃 燒器的上游。數(shù)學函數(shù)的估計可表示為AT = GAu其中ΔΙ表示多個過程管的至少一部分的個別溫度變化，Δ 表示多個燃燒器中 兩個或更多個的燃燒器流率變化，2是增益矩陣。在該方法中，多個過程管的第一溫度信息可通過以下步驟測量采集重整爐的內部區(qū)域的第一組多個圖像，第一組多個圖像中的至少一些圖像與 重整爐的內部區(qū)域的不同部分相關，其中，第一組多個圖像中的每個圖像包括與多個過程 管的相應部分相關的第一像素數(shù)據(jù)；以及處理第一像素數(shù)據(jù)的一部分以獲得多個過程管的第一溫度信息。該方法還可包括在不同于第一操作條件的第二操作條件下測量多個過程管的第二溫度信息；以及其中使用第一溫度信息和第二溫度信息來計算在步驟(C)中提供的數(shù)學函數(shù)的 估計。多個過程管的第二溫度信息可通過以下步驟測量采集重整爐的內部區(qū)域的第二組多個圖像，第二組多個圖像中的至少一些圖像與 重整爐的內部區(qū)域的不同部分相關，其中第二組多個圖像的每個圖像包括與多個過程管的 相應部分相關的第二像素數(shù)據(jù)；以及處理第二像素數(shù)據(jù)的一部分以獲得多個過程管的第二溫度信息。第一溫度信息可包括不確定性值，第二溫度信息可包括不確定性值；數(shù)學函數(shù)的 估計和/或數(shù)學函數(shù)的更新估計可使用第一溫度信息的不確定性值和第二溫度信息的不 確定性值來計算。該方法還可包括
CN 102115032 A
說明書2/17頁
_ I在不同于第一操作條件且在第一操作條件之后的第二操作條件下測量多個過程
管的第二溫度信息；使用數(shù)學函數(shù)的估計或更新估計和使用多個過程管的第二溫度信息來計算第二 目標流率解集，第二目標流率解集具有多個燃燒器中兩個或更多個的解，這些解與使多個 過程管的溫度符合目標溫度標準相一致；以及根據(jù)第二目標流率解集調整多個燃燒器中兩個或更多個中至少一個上游的第一 閥或第二閥以改變多個燃燒器中兩個或更多個的流率中的至少一個，其中第二閥不在重整 爐的所有燃燒器的上游。第二操作條件可由于執(zhí)行步驟(e)造成。該方法還可包括從多個過程管的第二溫度信息更新數(shù)學函數(shù)的估計，從而形成數(shù)學函數(shù)的更新估 計；以及然后計算第二目標流率解集的步驟可使用數(shù)學函數(shù)的更新估計。數(shù)學函數(shù)的估計可包括來自函數(shù)要素(element)的計算值，其中每個函數(shù)要素包 括函數(shù)形式(form)，函數(shù)形式包括第一函數(shù)參數(shù)、第二函數(shù)參數(shù)和幾何參數(shù)，幾何參數(shù)表征 多個過程管中每個與多個燃燒器中每個之間的距離；其中函數(shù)要素的第一函數(shù)要素的第一函數(shù)參數(shù)具有與函數(shù)要素的第二函數(shù)要素 的第一函數(shù)參數(shù)相同的值；以及其中函數(shù)要素的第一函數(shù)要素的第二函數(shù)參數(shù)具有與函數(shù)要素的第二函數(shù)要素 的第二函數(shù)參數(shù)相同的值。第一函數(shù)參數(shù)可具有對于每個函數(shù)要素相同的值，第二函數(shù)參數(shù)可具有對于每個 函數(shù)要素相同的值。多個燃燒器可包括兩行或更多行燃燒器，第一閥可在第一行燃燒器的上游。然后， 該方法還可包括在不同于第一操作條件且在第一操作條件之后的第二操作條件下測量多個過程
管的第二溫度信息；使用數(shù)學函數(shù)的估計或更新估計和使用多個過程管的第二溫度信息來計算第二 目標流率解集，第二目標流率解集具有多個燃燒器中兩個或更多個的解，這些解與使多個 過程管的溫度符合目標溫度標準相一致；以及根據(jù)第二目標流率解集調整多個燃燒器中兩個或更多個中的單個燃燒器上游的 第二閥以改變單個燃燒器的流率中的至少一個，其中第二閥不在除了單個燃燒器之外的任 何燃燒器的上游。第一閥可在多個燃燒器中兩個或更多個中的單獨第一燃燒器上游。然后，該方法 還可包括在第二操作條件下測量多個過程管的第二溫度信息，其中第二操作條件由步驟 (e)造成；根據(jù)第一目標流率解集調整第二閥，其中第二閥在多個燃燒器中兩個或更多個中 單獨第二燃燒器的上游；在第三操作條件下測量多個過程管的第三溫度信息，其中第三操作條件是由于根據(jù)第一目標流率解集調整第二閥造成；從第二溫度信息和第三溫度信息更新數(shù)學函數(shù)的估計，由此形成數(shù)學函數(shù)的更新 估計；使用數(shù)學函數(shù)的更新估計來計算第二目標流率解集，第二目標流率解集具有多個 燃燒器中兩個或更多個的解，這些解與使多個過程管的溫度符合目標溫度標準相一致；以 及根據(jù)第二目標流率解集調整多個燃燒器中兩個或更多個上游的第一閥、第二閥或 第三閥中至少一個以改變多個燃燒器中兩個或更多個的流率中的至少一個，其中第三閥不 在重整爐中所有燃燒器的上游。


圖1示出爐的截面圖。圖2示出用于從爐獲取圖像數(shù)據(jù)的相機的視場的圖示。圖3示出爐的預定高度的溫差的示范性輪廓圖。圖4是實例函數(shù)的圖表。在所有可能的位置，在所有附圖中使用相同附圖標記來表示相同部件。
具體實施例方式將參看附圖在下文中更詳細地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本公開的示范性實施 例。但本公開可體現(xiàn)為許多不同形式且不應認為限于本文所陳述的實施例。如本文所用的冠詞“一”當用于說明書和權利要求中所描述的本發(fā)明實施例中的 任何特征時表示一個或多個。“一”的使用并不將其意義限制為單個特征，除非明確地陳述 這種限制。在單數(shù)或復數(shù)名詞或名詞短語之前的冠詞“該”或“所述”表示一個或多個特別 指出的特征且可取決于其使用的上下文具有單數(shù)或復數(shù)含義。形容詞“任何”表示一個、幾 個或者不加選擇地任何數(shù)量。如本文所用的，“多個”表示“至少兩個”。本發(fā)明涉及操作爐的方法，其中爐具有多個燃燒器且包含多個過程管。爐可具有 至少10個燃燒器，通常20個與500個之間的燃燒器。燃燒器通常排列成行。爐可包含至 少20個過程管，通常40個與1000個之間的過程管。過程管通常排列成行。通過調整通過 燃燒器的燃料和/或氧化劑流率來調節(jié)爐中的溫度，尤其為反應管溫度。本方法提供一種系統(tǒng)化和定量辦法來確定如何調整燃燒器流率以得到所希望的 管壁溫度，例如以最小化爐中預定高度處的管壁溫度之間的溫度偏差。圖1示出爐102的截面圖，其具有位于爐102的內部區(qū)域106內的多個過程管104。 爐102可為蒸汽甲烷重整器、甲醇重整器、乙烯裂化器、鉬重整器再熱爐、輻射熱腔室或者 其它類似類型的爐、重整器或腔室。過程管可包含催化劑，例如，重整催化劑。催化劑可呈 本領域已知的任何形式，例如，顆粒和整裝填料。過程管104可定位成由燃燒器108分開的 多行112。過程管104可在爐102中豎直地或水平地延伸。多個燃燒器108可排列成行且 用于將爐102的內部區(qū)域106的溫度升高到所需溫度，以實現(xiàn)待在爐102內執(zhí)行的過程或 活動。管104行和燃燒器108行可基本上平行。沿著爐102的周邊是觀察端口 110，其允許從爐102外部的點觀察和/或分析管104、燃燒器108和爐102內部的任何其它結構或特 征。成對的觀察端口 110可在燃燒器108行的相對端處位于爐102的周邊上。氧化氣體流率和燃料流率與多個燃燒器中的每個相關?？墒褂萌魏我阎娜剂匣?燃料組合，例如，天然氣或者來自變壓吸附器的含甲烷和一氧化碳的副產(chǎn)物流，變壓吸附器 用于分離氫氣與重整器流出物。氧化氣體包括空氣、工業(yè)級氧氣、富氧空氣以及氧氣耗盡的 空氣，諸如燃氣渦輪排氣。這種方法包括選擇多個過程管的目標溫度標準(在本領域中有時稱作優(yōu)化目 標)。這表示需要規(guī)定(在數(shù)學上)什么構成對于多個過程管的最優(yōu)選溫度。這個目標應 用于管與管之間的可變性(爐平衡)，并非沿著管長度或者圍繞管直徑的可變性。最優(yōu)選溫 度是不能切實地實現(xiàn)的理想情況。因此目標溫度標準是實際溫度變化中最優(yōu)選的溫度變化 的數(shù)學表達。在該方法中考慮的多個過程管無需包括爐中所有過程管?？赡軆?yōu)選的是，在管溫度之間不存在可變性。這等于說每個管的測量溫度等于所 有管的平均溫度。傳統(tǒng)爐控制允許上調或下調平均溫度以匹配固定溫度目標，并且這種傳 統(tǒng)控制可高于爐平衡，而不是目標溫度標準的基礎。目標溫度標準基于可變性測量來公式化。許多可變性測量是常用的，包括方差和 標準偏差，且可使用其它可變性測量(例如，最大測量值減去平均測量值)?？蓸嫿ńM合，其 包括這些不同測量(例如，加權因子乘以方差加上另一加權因子乘以最大測量溫度與平均 值之間的差)。管j的溫度可標記為Tj且平均溫度由
權利要求
1.一種操作爐的方法，所述爐具有多個燃燒器，所述多個燃燒器中的每個具有與之相 關的流率，所述爐包含多個過程管，所述方法包括(a)選擇所述多個過程管的目標溫度標準；(b)在第一操作條件下測量第一溫度信息，所述第一溫度信息包括所述多個過程管中 每個的數(shù)據(jù)，其中，所述多個過程管的第一溫度信息通過以下步驟測量采集所述重整爐的內部區(qū)域的第一組多個圖像，所述第一組多個圖像中的至少一些圖 像與所述重整爐的內部區(qū)域的不同部分相關，其中，所述第一組多個圖像的每個圖像包括 與所述多個過程管的一部分相關的第一像素數(shù)據(jù)；以及處理所述第一像素數(shù)據(jù)的一部分以獲得所述多個過程管的第一溫度信息；(c)提供數(shù)學函數(shù)的估計，所述數(shù)學函數(shù)表征所述多個燃燒器中兩個或更多個的燃燒 器流率變化與所述多個過程管的至少一部分的個別溫度變化之間的關系；(d)使用所述數(shù)學函數(shù)的估計和所述多個過程管的第一溫度信息來計算第一目標流率 解集，所述第一目標流率解集具有所述多個燃燒器中兩個或更多個的解，所述解與使所述 多個過程管的溫度符合所述多個過程管的目標溫度標準相一致；以及(e)根據(jù)所述第一目標流率解集調整所述多個燃燒器中兩個或更多個中至少一個上游 的第一閥以改變所述多個燃燒器中兩個或更多個的流率中的至少一個，其中，所述第一閥 不在所述爐的所有燃燒器的上游。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在不同于所述第一操作條件的第二操作條件下測量所述多個過程管的第二溫度信息；以及其中，使用所述第一溫度信息和所述第二溫度信息來計算在步驟(c)中提供的所述數(shù) 學函數(shù)的估計。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述多個過程管的第二溫度信息是通過以 下步驟測量采集所述重整爐的內部區(qū)域的第二組多個圖像，所述第二組多個圖像中的至少一些圖 像與所述重整爐的內部區(qū)域的不同部分相關，其中，所述第二組多個圖像的每個圖像包括 與所述多個過程管的一部分相關的第二像素數(shù)據(jù)；以及處理所述第二像素數(shù)據(jù)的一部分以獲得所述多個過程管的第二溫度信息。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一溫度信息包括不確定性值，所述第 二溫度信息包括不確定性值；以及其中，使用所述第一溫度信息的不確定性值和所述第二溫度信息的不確定性值來計算 所述數(shù)學函數(shù)的估計和/或所述數(shù)學函數(shù)的更新估計。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在不同于所述第一操作條件且在所述第一操作條件之后的第二操作條件下測量所述 多個過程管的第二溫度信息；使用所述數(shù)學函數(shù)的估計或更新估計和使用所述多個過程管的第二溫度信息來計算 第二目標流率解集，所述第二目標流率解集具有所述多個燃燒器中兩個或更多個的解，所 述解與使所述多個過程管的溫度符合所述目標溫度標準相一致；以及根據(jù)所述第二目標流率解集調整所述多個燃燒器中兩個或更多個中至少一個上游的第一閥或第二閥以改變所述多個燃燒器中兩個或更多個的流率中的至少一個，其中，所述 第二閥不在所述重整爐的所有燃燒器的上游。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二操作條件是由于步驟(e)造成。
7.如權利要求5所述的方法，其特征在于，還包括從所述多個過程管的第二溫度信息更新所述數(shù)學函數(shù)的估計從而形成所述數(shù)學函數(shù) 的更新估計；以及其中，計算所述第二目標流率解集的步驟使用所述數(shù)學函數(shù)的更新估計。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述數(shù)學函數(shù)的估計包括來自函數(shù)要素的 計算值，其中，所述函數(shù)要素中的每個包括函數(shù)形式，所述函數(shù)形式包括第一函數(shù)參數(shù)、第 二函數(shù)參數(shù)和幾何參數(shù)，幾何參數(shù)表征所述多個過程管中每個與所述多個燃燒器中每個之 間的距離；其中，所述函數(shù)要素的第一函數(shù)要素的第一函數(shù)參數(shù)具有與所述函數(shù)要素的第二函數(shù) 要素的第一函數(shù)參數(shù)相同的值；以及其中，所述函數(shù)要素的第一函數(shù)要素的第二函數(shù)參數(shù)具有與所述函數(shù)要素的第二函數(shù) 要素的第二函數(shù)參數(shù)相同的值。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一函數(shù)參數(shù)具有對于所述函數(shù)要素 中每個相同的值，并且所述第二函數(shù)參數(shù)具有對于所述函數(shù)要素中每個相同的值。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個燃燒器包括兩行或更多行燃燒 器，并且所述第一閥在第一行燃燒器上游，所述方法還包括在不同于所述第一操作條件且在所述第一操作條件之后的第二操作條件下測量所述 多個過程管的第二溫度信息；使用所述數(shù)學函數(shù)的估計或更新估計和使用所述多個過程管的第二溫度信息來計算 第二目標流率解集，所述第二目標流率解集具有所述多個燃燒器中兩個或更多個的解，所 述解與使所述多個過程管的溫度符合所述目標溫度標準相一致；以及根據(jù)所述第二目標流率解集調整所述多個燃燒器中兩個或更多個中單個燃燒器上游 的第二閥以改變所述單個燃燒器的流率中的至少一個，其中，所述第二閥不在除了所述單 個燃燒器之外的任何燃燒器的上游。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一閥在所述多個燃燒器中兩個或更 多個中的單獨第一燃燒器上游，所述方法還包括在第二操作條件下測量所述多個過程管的第二溫度信息，其中，所述第二操作條件是 由于步驟(e)造成；根據(jù)所述第一目標流率解集調整第二閥，其中，所述第二閥在所述多個燃燒器中兩個 或更多個中的單獨第二燃燒器上游；在第三操作條件下測量所述多個過程管的第三溫度信息，其中，所述第三操作條件是 由于根據(jù)所述第一目標流率解集調整所述第二閥造成；從所述第二溫度信息和所述第三溫度信息更新所述數(shù)學函數(shù)的估計，從而形成所述數(shù) 學函數(shù)的更新估計；使用所述數(shù)學函數(shù)的更新估計來計算第二目標流率解集，所述目標流率解集具有所述 多個燃燒器中兩個或更多個的解，所述解與使所述多個過程管的溫度符合所述目標溫度標準相一致；以及根據(jù)所述第二目標流率解集調整在所述多個燃燒器中兩個或更多個上游的第一閥、第 二閥或第三閥以改變所述多個燃燒器中兩個或更多個的流率中的至少一個，其中，所述第 三閥不在所述重整爐中所有燃燒器的上游。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述數(shù)學函數(shù)的估計表示為 AT = GAu其中ΔΙ表示所述多個過程管的至少一部分的個別溫度變化，Δ 表示所述多個燃燒 器中兩個或更多個的燃燒器流率變化，2是增益矩陣。
全文摘要
一種操作爐的方法，該爐具有過程管和多個燃燒器，其中需要使過程管溫度符合選定目標溫度標準。本方法提供系統(tǒng)化和定量辦法來確定如何調整燃燒器流率以得到所希望的管壁溫度，例如以最小化在爐中預定高度處的管壁溫度之間的溫度偏差。
文檔編號C01B3/38GK102115032SQ201010566659
公開日2011年7月6日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權日2009年11月19日
發(fā)明者A·埃斯梅利, O·J·史密斯四世, W·R·利奇特, 李先明 申請人:氣體產(chǎn)品與化學公司