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1、11 1 概述 对物料进行加热或冷却的设备称为传热设备 结构形式 列管式 蛇管式 夹套式 套管式一般传热设备 以上 特殊传热设备 加热炉 锅炉 蒸发器等 传热设备的类型 11 1 1 传热方式 传导 对流 辐射 物流接触关系 直接接触式 间壁式 蓄热式 热量交换形式 无相变的热量交换 有相变的热量交换 传热设备的类型 11 1 1 a 列管式换热器 液体1进口 液体2入口 液体1出口 花板液体2出口列管 11 2 一般传热设备的控制 换热器 蒸汽加热器 再沸器 冷凝器等 传热设备作用及控制 11 1 2 1 对工艺介质进行加热或冷却 2 使工艺介质发生相变 3 热量回收主要是进行温度控制 以及
2、一些保护性控制 控制要求 换热器的控制 11 2 1 图11 2逆流单程换热器 G2c2T2i G1c1T1i G1c1T10 G2c2T20 对象静态特性分析基于热量平衡方程和传热速率方程用于系统扰动分析及静态控制设计依据 1 特性分析 换热器的控制 11 2 1 q KF T 单程 逆流管式换热器静态特性基本表达式 11 6 仿真分析 静态放大倍数 T1i T1o 式11 8T2i T1o 式11 9 换热器的控制 11 2 1 仿真分析 静态放大倍数 T1o G2 T1o G1 31 24 换热器的控制 11 2 1 图11 4 图11 5 对象动态特性分析 换热器的控制 11 2 1
3、T1i T1o 式11 11动态纯滞后环节 T2i T1o G1 T1o G2 T1o 式11 12带纯滞后的二阶惯性环节 分布参数对象 既是时间函数 又是空间的函数精确描述 偏微分方程 求解困难经验公式近似描述 特点 简单易行但是 当G2已经很大 而温差较小时 迟钝控制另外 若工艺上不允许对载热体节流时 不能采用这种方案 2 控制方案 两类基本方案 控制载热体流量 旁路控制介质流量 换热器的控制 11 2 1 控制载热体流量用载热体流量控制介质出口温度 最常用的方法 介质旁路控制介质混合过程控制及时 相当于前馈机理 另外 还可以组成前馈 串级控制方案图 换热器的控制 11 2 1 蒸汽加热器
4、的控制 11 2 2 控制载热体流量蒸汽发生相变 可同时通过 T和传热面积控制 只是要注意出口液体能够连续排出 蒸汽作为热载体 工业常用 控制冷凝液排量热载体的出口控制 通过改变F控制控制阀控制液体 口径可以小些 液体控制平稳 缺点 滞后 蒸汽加热器的控制 11 2 2 图11 14前馈 反馈控制系统 冷凝冷却器的控制 11 2 3 缺点 控制不灵活 另外要保证液位不能过高 防止汽带液T L串级控制系统图11 16 热载体为液态冷却剂 通过在换热器内蒸发 带走介质热量 图11 15 控制载热体流量 优点 控制平稳 对出口气相压力没有影响 冷凝冷却器的控制 11 2 3 控制汽相流量控制灵活 但
5、出口压力波动 若直接进入压缩机 对压缩机有影响 TC LC 液氮 气氨 11 3 锅炉设备的控制 11 3 锅炉设备的控制 11 3 1 概述 主要结构图P199图11 19燃烧系统 给水系统 蒸汽产生系统 锅炉产生蒸汽 而蒸汽一般是过程设备的能量来源 动力设备 而蒸汽质量对过程生产有直接影响 作用 分类 锅炉有多种分类 根据锅炉用途 燃料性质 煤 油 气 压力 高 中 低 结构 4 水处理控制防止或减少结垢 主要控制系统 11 3 1 概述 1 汽包水位控制保持水量与蒸汽量的物料平衡 2 燃烧控制保证燃烧的经济性和安全性 3 蒸汽控制控制过热蒸汽的温度 11 3 2 锅炉汽包水位的控制 锅炉
6、的汽包水位控制一般比较严格 汽包水位的控制是锅炉和蒸汽用户的平稳 安全的保证 水位过高 影响汽水分离 使饱和蒸汽带水过多 使过热蒸汽温度下降 水位过低 可能全部汽化 产生危险 汽包水位的动态特性影响因素多主要讨论水流量 蒸汽流量 L特性 11 3 2 锅炉汽包水位的控制 给水流量W L阶跃响应H曲线 相当于积分加纯滞后环节给水温度越低 纯滞后时间越大 W H H1 H t t 曲线H 汽包水位 开始上升 然后再下降 虚假水位 现象 11 3 2 锅炉汽包水位的控制 蒸汽流量D L 曲线H1 D突然增加 物料平衡 水位下降 曲线H2 D突然增加 瞬间汽包压力下降 水沸腾加剧 气泡增加 水位上升
7、H1 H2 H 对给水扰动控制滞后 11 3 2 锅炉汽包水位的控制 1 单冲量控制系统 汽包水位的单回路控制 单冲量 汽包水位 适用于负荷小的锅炉 三个问题 不能克服虚假水位带来的后果 对蒸汽负荷的变化控制不灵敏 前馈 蒸汽流量 反馈 汽包水位 控制系统 11 3 2 锅炉汽包水位的控制 2 双冲量控制系统 为了克服虚假水位现象 引入蒸汽流量 双冲量 静态前馈 GC C1 GV GPC GmF C2 Gm GPD IF L0 IC I0 I 图11 24 b D 11 3 2 锅炉汽包水位的控制 加法器系数IC汽包水位信号 C1 1IF蒸汽流量信号 C2根据静态前馈补偿设置 I0偏置值 调整
8、I的输出 正常负荷下 I0与C2 IF相互抵消 11 3 2 锅炉汽包水位的控制 安全角度 保护锅炉 气闭 防止烧干保护蒸汽用户 气开 11 3 2 锅炉汽包水位的控制 阀 控制器 运算器符号 阀的开闭形式 控制器正反作用 对象 正 若气闭阀 LC 正 若气开阀LC 负 运算器正负号 C2 取决于控制阀开闭形式蒸汽量 给水量应该 气闭 I应该 C2取 气开 I应该 C2取 双冲量控制系统其它形式 LC 水位 蒸汽量 给水阀 11 3 2 锅炉汽包水位的控制 在双冲量基础上 进一步克服给水干扰 引入给水流量信号 I IC CIF I0 蒸汽 LC FC 给水 I F ICIF I0 I 11 3
9、 2 锅炉汽包水位的控制 3 三冲量控制系统 前馈 蒸汽流量 串级 汽包水位 给水流量 控制系统 GPD GmF GPC GP2 GC2 GmF GC1 Gm IFICI0 I0 I F I U L 11 3 2 锅炉汽包水位的控制 I0与IC抵消 11 3 2 锅炉汽包水位的控制 加法器系数C 根据给水流量变化W 蒸汽流量变化 前馈补偿 对于I0 正常负荷时 由于CIF作为流量控制器的给定 蒸汽流量增加 给水流量应该提高 C永远为正 与阀的形式无关 与双冲量不同 I IC CIF I0 11 3 2 锅炉汽包水位的控制 阀 控制器 运算器符号 阀安全角度确定 控制器按串级系统确定 先副后主
10、运算器符号 出口温度控制控制方案一级过热器 二级过热器 减温器 11 3 3 过热蒸汽系统控制 T2C T1C 减温水 图11 32串级 减温器 减温器 与燃料种类 油 气 煤 燃烧设备 锅炉形式有关基本要求 1 出口蒸汽压力稳定 根据蒸汽负荷调节燃烧程度 2 燃烧良好 3 安全 11 3 4 锅炉燃烧过程的控制 1 蒸汽压力与燃烧控制一般 用燃料量控制蒸汽压力 单回路 串级燃烧控制要求燃料与空气的一定比例 比值控制加入逻辑关系 11 3 4 锅炉燃烧过程的控制 FC FC FC FC LS HS PC PC K K 燃料阀 燃料阀 空气阀 空气量 空气量 燃料量 燃料量 p p 图11 35
11、 图11 34 燃料与空气比值的最优化维持燃烧 理论上要维持一个最低空气量 实际空气量要略大于最低量 过剩空气量 大 能量浪费 小 燃烧不完全对于不同的燃料 都有一个最优空气量 最经济燃烧 11 3 4 锅炉燃烧过程的控制 2 烟气含氧量控制 可通过烟气含氧量信号间接获得 11 3 4 锅炉燃烧过程的控制 在燃烧控制方案中引入含氧量信号校正若要求能够适应负荷变化 可构成图11 40的控制系统 燃烧嘴背压过低 实施联锁保护 切断燃气阀 11 3 4 锅炉燃烧过程的控制 3 炉膛负压控制及安全控制 炉膛负压控制 引风量控制为克服滞后 可引入蒸汽压力作为前馈信号 组成前馈 反馈控制系统 防脱火控制 引入燃气压力信号 燃烧嘴背压 构成选择性系统 防回火控制 蒸汽 气泡 P1C LS P2C PSA P3C K 燃料 11 3 4 锅炉燃烧过程的控制 炉膛负压控制及安全控制 火力加热设备 主要是控制炉膛温度 防止烧坏 燃烧控制 以及被加热物料出口温度控制 11 4 加热炉的控制
